修饰的RNA延长了人类细胞中的端粒，逆转了衰老的时钟

斯坦福大学医学院的生物学家使用一种改良的RNA来证明一种将人类端粒延长1000个核苷酸的方法，从而使这些细胞的内部时钟恢复了相当于人类多年的生命。

斯坦福大学医学院的科学家说，一种新的方法可以快速有效地增加人类端粒的长度，端粒是与衰老和疾病相关的染色体末端的保护帽。

处理过的细胞的行为似乎要比未处理的细胞年轻得多，在实验室培养皿中大量繁殖而不是停滞或死亡。

科学家说，该程序涉及使用修饰类型的RNA，将提高研究人员产生大量用于研究或药物开发的细胞的能力。通过该程序延长了端粒的皮肤细胞比未处理的细胞最多能硬40倍。该研究可能指出治疗端粒缩短引起的疾病的新方法。

端粒是位于称为染色体的DNA链末端的保护帽，该染色体容纳我们的基因组。在年轻人中，端粒的长度约为8,000-10,000个核苷酸。它们在每次细胞修剪后都会缩短，但是当达到临界长度时，细胞就会停止拼合或死亡。内部的“时钟”使得很难在实验室中使大多数细胞生长超过几个细胞倍增。

“调回内部时钟”

斯坦福大学微生物学和免疫学教授海伦·布劳（Helen Blau）博士说：“现在，我们已经找到了一种将人类端粒延长1000个核苷酸的方法，从而使这些细胞的内部时钟倒退了相当于人类多年的生命。”该大学的巴克斯特干细胞生物学实验室主任。“这大大增加了可用于药物测试或疾病建模等研究的细胞数量。”

今天在《 FASEB期刊》上发表了一篇描述这项研究的论文。高级作者是同时拥有Donald E.和Delia B. Baxter教授职位的Blau。斯坦福大学的博士后学者John Ramunas博士与休斯顿卫理公会研究所的Eduard Yakubov博士共享主要著作。

研究人员使用修饰的信使RNA来延伸端粒。RNA从DNA中的基因携带指令到细胞的蛋白质制造工厂。本实验中使用的RNA包含TERT的编码序列，TERT是一种天然存在的称为端粒酶的酶的活性成分。端粒酶由干细胞表达，包括那些能产生精子和卵细胞的干细胞，以确保这些细胞的端粒在下一代保持尖端状态。但是，大多数其他类型的细胞表达的端粒酶水平非常低。

瞬态效果有优势

与其他潜在方法相比，新开发的技术具有重要的优势：是临时的修饰的RNA旨在减少细胞对治疗的免疫反应，并允许TERT编码的信息比未修饰的信息停留更长的时间。但是它消散了，并在约48小时内消失了。在那之后，随着每个细胞的切割，新延长的端粒开始逐渐缩短。

瞬态效果有点像在缓慢滑行至停车的一组车队中踩下油门踏板。能量激增的汽车将比同类产品走得更远，但是当它的前进动力耗尽时，它最终仍将停止运转。从生物学的角度讲，这意味着经过处理的细胞不会无限期地继续运转，这将使它们由于患癌症的风险而过于危险，无法用作人类的潜在疗法。

研究人员发现，在几天的时间内只有三次应用修饰的RNA可以显着增加培养的人的肌肉和皮肤细胞中端粒的长度。增加1,000个核苷酸表示端粒长度增加了10％以上。与未经处理的细胞相比，这些细胞在培养皿中的浸入次数要多得多：皮肤细胞大约增加28倍，肌肉细胞大约增加3倍。

Ramunas说：“修饰后的TERT mRNA发挥了作用，我们感到惊讶和高兴，因为TERT受到高度调节并且必须结合端粒酶的另一种成分。”“先前尝试提供编码mRNA的TERT的先前尝试引起了针对端粒酶的免疫反应，这可能是有害的。相反，我们的技术是非免疫原性的。现有的延长端粒的瞬态方法作用缓慢，而我们的方法仅用几天的时间就能逆转端粒缩短，而端粒缩短是在正常衰老超过十年的情况下发生的。这表明使用我们的方法进行治疗可能是短暂且不常见的。”

治疗的潜在用途

布劳说：“这种新方法为预防或治疗衰老疾病铺平了道路。”“还存在与端粒缩短相关的极易衰弱的遗传疾病，可从这种潜在治疗中受益。”

布劳和她的同事对端粒产生了兴趣，此前她实验室的研究表明，患有杜兴氏肌营养不良症的男孩的肌肉干细胞的端粒比没有这种疾病的男孩的端粒短得多。这一发现不仅对理解细胞在制造新肌肉时是如何起作用还是不起作用具有启示意义，而且还有助于解释在实验室进行研究的过程中，受累细胞生长的能力有限。

研究人员现在正在其他类型的细胞中测试他们的新技术。

“这项研究是端粒延伸发展的第一步，以改善细胞疗法并可能治疗人类加速衰老的疾病，”医学博士John Cooke博士说。该研究的合著者库克曾任斯坦福大学心血管医学教授。他现在是休斯顿卫理公会科学研究所的心血管科学系主任。

斯坦福大学干细胞生物学研究所的成员布劳说：“我们正在努力了解有关细胞类型之间差异的更多信息，以及如何克服这些差异以使这种方法更具通用性。”再生医学。

“有一天，可能会针对患有杜兴氏肌营养不良症的患者的肌肉干细胞，例如延长其端粒。对于治疗诸如糖尿病和心脏病之类的衰老病症也有影响。这确实为考虑该疗法的所有潜在用途打开了大门。”

该论文的其他斯坦福大学合著者是博士后学者詹妮弗·布雷迪（Jennifer Brady）博士和医学博士莫里兹·布兰特（Moritz Brandt）。高级研究科学家StéphaneCorbel博士；研究助理科林·霍尔布鲁克（Colin Holbrook）；以及机械工程学教授Juan Santiago博士。

这项工作得到了美国国立卫生研究院（R01AR063963，U01HL100397 U01HL099997和AG044815的资助），德国联邦教育和研究部，斯坦福Bio-X和百特基金会的支持。

Ramunas，Yakubov，Cooke和Blau是使用修饰的RNA进行端粒延伸的专利的发明者。

有关斯坦福大学微生物和免疫学系的信息（也支持这项工作）可在http://microimmuno.stanford.edu获得。

出版物：John Ramunas等人，“编码TERT的修饰mRNA的瞬态传递迅速扩展了人类细胞中的端粒，” FASEB，2015年；土井：10.1096 / fj.14-259531

图像：斯坦福大学医学院