Uno studio sull'invecchiamento cellulare mappa come cambiano 7 milioni di cellule con l'età. / Cellular Aging Study Maps How 7 Million Cells Change With Age
Uno studio sull'invecchiamento cellulare mappa come cambiano 7 milioni di cellule con l'età. / Cellular Aging Study Maps How 7 Million Cells Change With Age
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Analizzando il profilo di quasi 7 milioni di singole cellule di topi di tre diverse età, i ricercatori della Rockefeller University hanno creato una mappa di come l'invecchiamento rimodella le cellule in tutto il corpo.
Questo atlante dell'invecchiamento cellulare ha rivelato che le popolazioni di quasi un quarto di tutti i tipi di cellule cambiano con l'età. È stato osservato che questi cambiamenti sono sincronizzati tra i diversi organi, suggerendo che il corpo ha una risposta coordinata all'invecchiamento. L'invecchiamento sembra inoltre differire in base al sesso biologico; ad esempio, le donne mostrano un'attivazione immunitaria più ampia.
I ricercatori sperano che questo atlante possa fornire una risorsa preziosa per guidare lo sviluppo di strategie terapeutiche volte a mantenere o ripristinare lo stato giovanile delle cellule.
Una visione dell'invecchiamento cellulare a livello dell'intero organismo.
Per la creazione della mappa dell'invecchiamento sono stati fondamentali i recenti progressi nel campo della genomica. "Nell'ultimo decennio, la genomica a singola cellula ci ha permesso di passare dalla 'media' dei segnali su milioni di cellule alla misurazione di ciò che accade all'interno delle singole cellule. Questo è importante per lo studio dell'invecchiamento perché i tessuti sono composti da una miscela di molti tipi di cellule, e non tutte invecchiano allo stesso modo", ha dichiarato a Technology Networks il dottor Junyue Cao , professore associato presso la Rockefeller University .
"Ancora più importante, i metodi odierni sono sufficientemente scalabili da consentire la profilazione di molti tessuti e molti animali contemporaneamente, il che rende possibile la creazione di veri e propri 'atlanti' dell'invecchiamento dell'organismo, anziché basarsi su un singolo organo", ha continuato.
Sebbene esistano atlanti dell'invecchiamento alternativi, Cao spiega che molti si concentrano solo sull'RNA ( espressione genica). Questi spesso non riescono a cogliere un importante livello di regolazione, ovvero quali parti del genoma sono accessibili e disponibili per l'espressione genica. "Inoltre, molti atlanti sono limitati ad un piccolo numero di organi, il che rende difficile stabilire se un cambiamento osservato sia veramente 'sistemico' (diffuso in tutto il corpo) o solo specifico di un tessuto", ha affermato Cao.
Per generare una mappa dell'invecchiamento a livello dell'intero organismo, il gruppo di Cao ha ottimizzato una tecnica chiamata ATAC-seq a singola cellula. Cao descrive l'ATAC-seq a singola cellula come una tecnica "potente" per lo studio dell'invecchiamento, dato che "molti cambiamenti legati all'età possono iniziare come modifiche nella regolazione prima che si osservino grandi cambiamenti nell'espressione genica". La tecnica è stata utilizzata per analizzare l'accessibilità della cromatina, un indicatore della regolazione genica, in 21 tessuti di topo in 32 topi di tre diverse età (1, 5 e 21 mesi) ed in entrambi i sessi.
Che cos'è l'ATAC-seq a singola cellula?
La tecnica ATAC-seq a singola cellula misura quali parti del genoma sono accessibili e leggibili in ciascuna cellula. Queste regioni accessibili includono spesso enhancer ed altri elementi regolatori che controllano l'attività genica, fornendo informazioni sullo stato e sulla funzione della cellula.
Utilizzando il loro protocollo ATAC-seq a singola cellula ottimizzato, Cao e colleghi hanno compilato un catalogo di circa 1,3 milioni di elementi regolatori aperti in tessuti e cellule, fornendo una "mappa regolatoria" dell'invecchiamento.
L'analisi dei dati ha rivelato che 146 dei 536 tipi di cellule specifiche di un organo hanno subito cambiamenti significativi con l'età, mettendo in discussione le precedenti ipotesi secondo cui l'invecchiamento influisce solo sulla funzione cellulare. Le cellule specializzate di rene, muscolo e polmone sono diminuite con l'età, mentre si è osservata un'espansione delle cellule immunitarie.
Questi cambiamenti non si sono limitati a singoli organi, con gli stessi stati cellulari in declino in diversi tessuti. " Le linee cellulari ampiamente distribuite (in particolare le cellule immunitarie e stromali) mostrano cambiamenti sincronizzati in più organi, suggerendo che i segnali sistemici contribuiscono a guidare alcune fasi del processo di invecchiamento", ha spiegato Cao.
« Abbiamo riscontrato prove che i cambiamenti legati all'invecchiamento non sono un decadimento casuale, ma un processo coordinato e programmato in tutto il corpo.» — Dott. Junyue Cao
I ricercatori hanno inoltre osservato notevoli differenze tra i sessi. Sono state riscontrate differenze di genere in circa il 40% dei tipi di cellule associate all'invecchiamento. Le donne hanno mostrato una maggiore attivazione immunitaria, che secondo i ricercatori potrebbe contribuire a spiegare la maggiore prevalenza di malattie autoimmuni nelle donne.
Il futuro delle terapie anti-invecchiamento
L'atlante creato da Cao e colleghi non solo fornisce nuove informazioni sull'invecchiamento, ma potrebbe anche rappresentare una risorsa utile per orientare le strategie terapeutiche volte a preservare o ripristinare lo stato giovanile dei tessuti.
"Lo sviluppo di terapie richiede due cose: (1) un quadro chiaro di come appaiono gli stati cellulari 'sani/giovani' nei diversi tessuti e (2) un modo per identificare quali tipi di cellule e programmi regolatori sono più vulnerabili e, di conseguenza, più suscettibili di intervento", ha affermato Cao. "Questo atlante è concepito come tale, contribuendo a dare priorità a bersagli e percorsi, mostrando dove i cambiamenti legati all'invecchiamento sono più marcati e costanti."
L'atlante potrebbe anche contribuire a valutare l'efficacia di un farmaco, di una terapia genica o di un intervento sullo stile di vita volto a rallentare o invertire alcuni aspetti dell'invecchiamento. Poiché il sesso è stato identificato come un asse principale dell'eterogeneità dell'invecchiamento, Cao sottolinea che alcuni interventi "potrebbero dover essere testati e ottimizzati tenendo conto degli effetti specifici per sesso".
Lo studio presenta diverse limitazioni, come ad esempio l'essere basato su analisi condotte su topi e non su esseri umani. Inoltre, l'analisi non ha incluso molecole come RNA e proteine, che potrebbero fornire ulteriori informazioni sulle conseguenze funzionali dei cambiamenti regolatori legati all'invecchiamento.
Studi futuri che integrino le regioni associate all'invecchiamento identificate nell'atlante con i loci derivati da studi di associazione a livello del genoma umano potrebbero contribuire a dare priorità ai tipi cellulari ed agli elementi regolatori da colpire con farmaci per modulare il rischio di malattia.
ENGLISH
Researchers profiled nearly 7 million cells across 21 mouse tissues, revealing new insights into aging.
Slowing the aging process has become a focal point for scientists looking to reduce the risk of age-related diseases, such as cancer, heart disease, and dementia. To develop effective therapies against aging, researchers must first understand what causes age-related changes to the body in the first place.
By profiling nearly 7 million single cells from mice at three ages, researchers from The Rockefeller University have now created a map of how aging reshapes cells across the body.
This atlas of cellular aging revealed that the populations of almost a quarter of all cell types shift with age. These changes were found to be synchronized across organs, suggesting the body has a coordinated response to aging. Aging also appeared to differ by biological sex; for example, females showed broader immune activation.
The researchers hope this atlas will provide a valuable resource for guiding the development of therapeutic strategies to maintain or restore youthful cell states.
An organism-wide view of cellular aging
Crucial to generating the map of aging were recent advances in genomics. “Over the past decade, single-cell genomics has let us move from ‘averaging’ signals across millions of cells to measuring what’s happening inside individual cells. That matters for aging because tissues are mixtures of many cell types, and they don’t all age in the same way,” Dr. Junyue Cao, associate professor at The Rockefeller University, told Technology Networks.
“Even more importantly, today’s methods are scalable enough to profile many tissues and many animals at one time, which makes it possible to build true ‘atlases’ of organismal aging rather than from a single organ,” he continued.
While alternative aging atlases exist, Cao explains that many focus only on RNA (gene expression). These often fail to capture an important layer of regulation—that is, which parts of the genome are open and available for gene expression. “In addition, many atlases are limited to a small number of organs, which makes it hard to tell whether an observed change is truly ‘systemic’ (shared across the body) or just tissue-specific,” said Cao.
To generate an organism-wide map of aging, Cao’s team optimized a technique called single-cell ATAC-seq. Cao describes single-cell ATAC-seq as a “powerful” technique for studying aging, given that “many age-related changes may start as shifts in regulation before we see large changes in gene expression.” The technique was used to profile chromatin accessibility, a readout of gene regulation, across 21 mouse tissues in 32 mice at three ages (1, 5, and 21 months), and in both sexes.
What is single-cell ATAC-seq?
Single-cell ATAC-seq measures which parts of the genome are open and readable in each cell. These accessible regions often include enhancers and other regulatory elements that control gene activity, providing insights into a cell’s state and function.
Using their optimized single-cell ATAC-seq protocol, Cao and colleagues compiled a catalog of ~1.3 million open regulatory elements across tissues and cells, providing a “regulatory map” of aging.
The dataset revealed that 146 of 536 organ-specific cell types changed significantly with age, challenging previous assumptions that aging only impacts cellular function. Specialized kidney, muscle, and lung cells all declined with age, while there was an expansion of immune cells.
These changes weren’t limited to single organs, with the same cellular states declining across different tissues. “Broadly distributed lineages (especially immune and stromal cells) show synchronized shifts across multiple organs, suggesting systemic signals help drive parts of the aging process,” explained Cao.
“We see evidence that aging changes are not random decay, but a coordinated and programmed process across the body.” — Dr. Junyue Cao
The researchers also observed striking differences between the sexes. Sex differences were observed in ~40% of aging-associated cell types. Females displayed stronger immune activation, which the researchers say may help explain the higher prevalence of autoimmune diseases in women.
The future of anti-aging therapies
The atlas created by Cao and colleagues not only provides new insights into aging but could also be a useful resource for guiding therapeutic strategies aimed at preserving or restoring youthful tissue states.
“Therapeutic development needs two things: (1) a clear picture of what ‘healthy/youthful’ cell states look like across tissues, and (2) a way to identify which cell types and regulatory programs are most vulnerable—and therefore most actionable,” Cao said. “This atlas is intended as that kind of reference, helping prioritize targets and pathways by showing where aging-related changes are strongest and most consistent.”
The researchers hope this atlas will provide a valuable resource for guiding the development of therapeutic strategies to maintain or restore youthful cell states.
An organism-wide view of cellular aging
Crucial to generating the map of aging were recent advances in genomics. “Over the past decade, single-cell genomics has let us move from ‘averaging’ signals across millions of cells to measuring what’s happening inside individual cells. That matters for aging because tissues are mixtures of many cell types, and they don’t all age in the same way,” Dr. Junyue Cao, associate professor at The Rockefeller University, told Technology Networks.
“Even more importantly, today’s methods are scalable enough to profile many tissues and many animals at one time, which makes it possible to build true ‘atlases’ of organismal aging rather than from a single organ,” he continued.
While alternative aging atlases exist, Cao explains that many focus only on RNA (gene expression). These often fail to capture an important layer of regulation—that is, which parts of the genome are open and available for gene expression. “In addition, many atlases are limited to a small number of organs, which makes it hard to tell whether an observed change is truly ‘systemic’ (shared across the body) or just tissue-specific,” said Cao.
To generate an organism-wide map of aging, Cao’s team optimized a technique called single-cell ATAC-seq. Cao describes single-cell ATAC-seq as a “powerful” technique for studying aging, given that “many age-related changes may start as shifts in regulation before we see large changes in gene expression.” The technique was used to profile chromatin accessibility, a readout of gene regulation, across 21 mouse tissues in 32 mice at three ages (1, 5, and 21 months), and in both sexes.
What is single-cell ATAC-seq?
Single-cell ATAC-seq measures which parts of the genome are open and readable in each cell. These accessible regions often include enhancers and other regulatory elements that control gene activity, providing insights into a cell’s state and function.
Using their optimized single-cell ATAC-seq protocol, Cao and colleagues compiled a catalog of ~1.3 million open regulatory elements across tissues and cells, providing a “regulatory map” of aging.
The dataset revealed that 146 of 536 organ-specific cell types changed significantly with age, challenging previous assumptions that aging only impacts cellular function. Specialized kidney, muscle, and lung cells all declined with age, while there was an expansion of immune cells.
These changes weren’t limited to single organs, with the same cellular states declining across different tissues. “Broadly distributed lineages (especially immune and stromal cells) show synchronized shifts across multiple organs, suggesting systemic signals help drive parts of the aging process,” explained Cao.
“We see evidence that aging changes are not random decay, but a coordinated and programmed process across the body.” — Dr. Junyue Cao
The researchers also observed striking differences between the sexes. Sex differences were observed in ~40% of aging-associated cell types. Females displayed stronger immune activation, which the researchers say may help explain the higher prevalence of autoimmune diseases in women.
The future of anti-aging therapies
The atlas created by Cao and colleagues not only provides new insights into aging but could also be a useful resource for guiding therapeutic strategies aimed at preserving or restoring youthful tissue states.
“Therapeutic development needs two things: (1) a clear picture of what ‘healthy/youthful’ cell states look like across tissues, and (2) a way to identify which cell types and regulatory programs are most vulnerable—and therefore most actionable,” Cao said. “This atlas is intended as that kind of reference, helping prioritize targets and pathways by showing where aging-related changes are strongest and most consistent.”
The atlas could also help evaluate the effectiveness of a drug, gene therapy, or lifestyle intervention aimed at slowing or reversing aspects of aging. As sex was identified as a major axis of aging heterogeneity, Cao highlights that some interventions “may need to be tested and optimized with sex-specific effects in mind.”
The study has several limitations, such as being based on analysis in mice, not humans. In addition, the analysis did not include molecules such as RNA and proteins, which could provide further information on the functional consequences of regulatory changes with aging.
Future studies that integrate aging-associated regions identified in the atlas with loci from human genome-wide association studies could help prioritize cell types and regulatory elements to target with drugs to mediate disease risk.
Da:
https://www.technologynetworks.com/cell-science/news/cellular-aging-study-maps-how-7-million-cells-change-with-age-410368?utm_campaign=NEWSLETTER_TN_Breaking%20Science%20News&utm_medium=email&_hsenc=p2ANqtz-__wS6S9hcTijrSRxQ0VL4isdXW9LliHZF1zds8L2gEzitU8pCgnphH_UVqxenod8CmBpuqvdMKsLNWUT_rH0HXiE4ZCZiV66SSNW3mbEcQYWd6Yno&_hsmi=413217222&utm_content=413217222&utm_source=hs_email
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