B 1.17 Telomeeraasi, ja ihmisen ikääntyminen. Dr. Liz Blackburn Nobelisti 2009

00:00 UCSanDiego. Stanford Stem Cell Institute Symposium. explorations of Telomere Biology in the Context of Human Aging. Keynote presebter Elizabeth Blackburn, PhD. US San Francisco. Explorations of Telomere Biology in the Context of Human Aging with Elizabeth Blackburn
00:20 Elizabeth Blackburn: Tulen puhumaan tutkimukimuksista, telomeri biologian tutkimuksista ihmisen ikääntymisen kontekstissa.
Antakaamme minun kertoa teille suunnitelma, mistä aion puhua. Vien teidät läpi hyvin lyhyen yleiskatsauksen ilman liikaa yksityiskohtia, ja uskon että näin etäältä katsoen saamme hyvän kokonaiskuvan, eli aloitetaan pelkästään telomereiden perusteista, ja kuinka kuinka se kertoo telomerien huollon menetyksen menetyksestä, joka on keskeistä soluillemme, eli milloin tämä häviö telomeri-huollossa tapahtuu ja mitä tapahtuu sitten ihmiselle. Annan etäältä katsovan kuvan, koska uskon että näemme näin hyvän kokonaiskuvan siitä, minkä on saatu tietona useista laboratorio tutkimuksista.
00:48 Kun tämä ylläpidon menetys tapahtuu, mitä tapahtuu oikeasti ihmisissä?
Aion esittää tästä hyvin korkealta katsovan näkymän,
koska uskon, että voimme näin nähdä melko yhtenäisen kuvan, joka on syntynyt monien laboratorioiden tutkimusten kautta. En pysty antamaan tunnustusta riittävästi kaikille niille erinomaisille ryhmille sekä perustieteessä että translaatiossa ja ihmisgenetiikassa, jotka ovat todella vaikuttaneet siihen, mitä aion tiivistää liian lyhyesti.(translationaalinen tiede on ala, jossa laboratoriossa tehtyjä peruslöydöksiä muutetaan käytännön interventioiksi – kuten uusiksi lääkkeiksi, laitteiksi tai hoidoiksi – jotka parantavat suoraan ihmisten terveyttä.)
Halusin viedä teidät johonkin sellaiseen, kun emeritusprofessorina voin myös valita aikani.
01:20 COVIDin takia en voinut lentää miljoonilla lennoilla joka viikko, joten jäin kotiin.
Ajattelin, että tutkin julkisia tietokantoja ja yritän katsoa telomereiden ylläpitoa perustuen kaikkeen siihen perustieteeseen, jonka tiedämme.
Kerron myös sairausvaikutuksista, joita telomereiden ylläpidon menettäminen aiheuttaa asioissa, joita voimme tutkia suoraan kokeellisesti soluissa.Ravinto, Stressi, Myrkyt, Mechanotransductio (Mekanotransduktio on prosessi, jossa solut ja kudokset muuntavat fyysiset voimat (kuten paineen, jännityksen, venytyksen tai nesteen leikkausvoiman) biokemiallisiksi signaaleiksi. Se toimii kehon ”kääntäjänä”, jonka avulla solut voivat havaita fyysisen ympäristönsä ja reagoida mukauttamalla rakennettaan, toimintaansa ja geenien ilmentymä). Microgravitaatio ( Mikrogravitaatio (painottomuus) tutkimuksessa tarkoittaa tilaa, jossa Maan vetovoiman vaikutukset ovat lähes täysin kumoutuneet. Solutasolla tämä ympäristö paljastaa biologisia ja fysikaalisia mekanismeja, jotka maapallon normaalissa painovoimakentässä ((1g)) peittyvät.
Kun sanon ”me”, tarkoitan alaa.
Katson vain datasettejä ja sellaisten asioiden vaikutuksia, jotka ovat erittäin tärkeitä soluille
Kerron esimerkkejä kustakin näistä.
01:57 Stressi, myrkyt, jopa mekanotransduktio, vaikutukset solu-avaruuteen, jopa mikrogravitaatio.
Aion näyttää teille, miten olen katsonut dataa eri tavalla, ja kävelytän teidät läpi sen.
Kyse on kaikesta saatavilla olevasta datasta.
Käytän pääasiassa NCBI:n genomiekspressio-tietokantoja, GEO-databases pohjaa.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/guide/genes-expression/
Kerron teille, että ihmisen kantasolujen lähteillä on vaikutus kriittisten telomereiden ylläpitogeenien yhteissäätelyyn. Se on kriitystä telomeerien huolto genetiikalle.
Sitten ihan huvin vuoksi, koska päivä on lopuillaan, kerron hyvin lyhyesti hibernaatiosta (telomeerien horros” (hibernation of telomeres) viittaa biologiseen tilaan, jossa telomeerien, kromosomien päissä olevien suojaavien korkkien luonnollinen rappeutuminen pysähtyy tai kääntyy päinvastaiseksi eläimen kausiluonteisen horrostamisen aikana) ja telomeereista päivän päätteeksi, eli miksi saatamme olla kiinnostuneita.
Kerron, miksi voisimme olla kiinnostuneita siitä: eli solutason-avaruuden perustieteen kontekstissa: nopea kierros.
02:47 Perus tieteestä aloitetaan:
Telomeeri-DNA koostuu yksinkertaisista toistuvista DNA-sekvensseistä, jotka on verhottu joukolla hyvin karakterisoituja ja tutkittuja proteiineja, esitettynä hyvin kaavamaisessa muodossa tässä.
Toistuva sekvenssi on se, joka nukleoi tämän tärkeiden proteiinien joukon.
Esittelen teille näiden yksityiskohtia muutaman dian päästä. Idea on, että teillä on tämä telomeeri-DNA-sekvenssi ja suojaavat proteiinit: se on kengännauhan kärki, suojaava kärki.
03:22 Mielenkiintoista on, että tämä on itse asiassa hyvin dynaaminen rakenne. Kaaviokuva esittää tätä suojusta kuin kuplana, mutta se ei ole huono esitys.
Me ja muut ennen meitä olemme oppineet, että proteiinit liikkuvat telomereissä hyvin nopeasti edestakaisin, ne ovat hyvin dynaamisia.
Telomeerit, jotka teillä oli muutama minuutti sitten, eivät ole samat kuin telomeerit, jotka teillä on juuri nyt soluissanne, koska on tapahtunut tämä proteiinien nopea vaihto.
04:11 Zjilmans et al. Mol Cell Biol 2004 Dynamics of protein binding to telomeres in living cells: implications for telomere structure and function – PubMed katsoi useita vuosia sitten telomeri-proteiinien vaihtonopeuksia. Me katselimme laboratoriossamme Beth Cimini Blackburn kanssa.In situ visualization of telomere elongation patterns in human cells – PMC
Löysimme, että näillä kriittisillä telomeeria suojaavilla proteiineilla on todella nopea turnover /uusiutuminen, eli puoliintumisajat vain muutamia sekunteja.
Telomeerisi on itse asiassa dynaaminen sekuntiaika-skaalassa. Älkää ajatelko sitä pienenä staattisena kivenä.
Nämä ovat siis proteiinit.
04:20 Toinen jännittävä asia, joka selittää mitä juuri sanoin, on se, että telomeerit ovat nestemäisen faasin erottumispisaroita. Se on se suojus.
On kaunis tutkimus Berkeleystä Jackiltä ja kollegoilta pari vuotta sitten osoitti todella, että nämä ovat nestemäisiä kondensaattoreita solussa.
Telomeres are liquid phae separation droplets Jack et al. (2022) Developmental Cell 57, 277-209 Compartmentalization of telomeres through DNA-scaffolded phase separation – PubMed
04:39 Normaalisti telomeerit eivät ole stabiileja toisestakin syystä. On olemassa normaali prosessi, jossa ei menetä vain proteiineja turnoverin /uusiutumisen kautta, vaan telomeerin-DNA on paljon muokattavampaa kuin tyypillinen kromosomin sisäinen DNA.
Tämä johtuu siitä, että se menettää DNA:ta päistään monenlaisilla prosesseilla.
Ensin ajateltiin, että kyse on vain end-replication ongelmista. Et voi replikoida kromosomien päitä täysin. Tämä ajateltiin koskevan vain jakautuvia soluja, mutta nyt ymmärretään paljon paremmin, että telomeerejä voi vaurioitua muillakin tavoilla, jopa jakautumattomissa soluissa, kuten hermosoluissa.
Nämä vauriot pahenevat erityisesti oksidatiivisen stressin ja reaktiivisten happilajien (ROS) vaikutuksesta, joista kuulimme aikaisemmin tänään iltapäivällä.
Jopa jakautumattomat solut ovat siis alttiita vaurioille.
05:45 Telomeeri-DNA on dynaamista. .
Tämä voi tapahtua päivien tai viikkojen aikaskaalassa.
Voitte havaita nuo aikaskaalat, mutta ihmiselämän vuosikymmenten aikana tapahtuu myös telomeeri-DNA:n yleinen lyheneminen.
Se on asteittaista, mutta vaihtelee paljon.
Mielenkiintoista on juuri tämä vaihtelu, josta tulen puhumaan paljon.
Tällä vaihtelulla on todellinen seuraus, koska jos telomeeri tulee liian lyhyeksi, kuten näytän teille, sillä on vakavia seurauksia soluille, joita on tutkittu erittäin hyvin. Min. lenght needed to prevent fusions in humans= ~4 Kb (White Blood Cells) Baird et al. 2015
Telomere fusion threshold identifies a poor prognostic subset of breast cancer patients – PubMed
06:12 Antaakseni vähän konkreettisuutta: Duncan Baird osoitti, että noin 3,8 kb on se minimipituus toistojaksoille, joka ainakin normaalissa valkosolussa tukee koko stabiilia telomeeria suojaavaa suojusta.
”Otsikko: ”The nature of telomere fusion and a definition of the critical telomere length in human cells The nature of telomere fusion and a definition of the critical telomere length in human cells – PubMed
Kuten sanoin, normaalisti tämä on normaalia lyhenemistä, joka tapahtuu normaaleissa fysiologisissa prosesseissa, mutta juuri vaihtelu on todella mielenkiintoista.
06:37 Jos lyheneminen tapahtuu, monia asioita voi seurata. Telomeerit ovat dynaamisia, ne eivät vain kutistu, mikä olisi huonoja uutisia.
Itse asiassa telomeerit voivat kasvaa, ja telomeraasi, ribonukleoproteiini, voi pidentää telomereitä.
Ajattelette, että ongelma on ratkaistu.
07:41 Mitä ihmisissä tapahtuu, on että villityypin telomeraasi voi kyllä pidentää telomereitä, mutta se on erittäin tiukasti säännelty sekä entsyyminä että telomeerissä toimivana järjestelmänä, josta viittaan hetken päästä.
Telomeraasin toiminta on tiukasti säännelty kaikilla tasoilla, ja yksi niistä sisältää transkriptionaalisen tai geeni-ekspression tason, ja siitä osa puheestani tulee kertomaan.
Kuuluisasti telomeraasi on aktiivinen ihmisen kantasoluissa, mikä on järkevää niiden jakautumispotentiaalin ylläpitämiseksi, mutta myös syövissä, erityisesti edenneissä ihmisen syövissä.
On silmiinpistävää, että monissa normaaleissa solutyypeissä se on hyvin tiukasti sammutettu, monista syistä, joihin en syvenny.
08:01 Telomerit voivat tulla liian lyhyiksi. Seuraukset siitä, että ne tulevat liian lyhyiksi: tuo huono pää ei enää ole kauniisti suojattu.
Se näyttää nyt katkenneelta DNA:lta, ja solu reagoi siihen pysyvällä DNA-vauriosignaalilla.
Se ei ole kuin sisäinen katkos kromosomissa, joka korjataan ja signaali lakkaa.
DNA-vauriosignaalin seuraukset on tutkittu hyvin, ja hahmottelen ne tässä. Se saa solut menemään senensenssiin.(mm. A DNA damage checkpoint response in telomere-initiated senescence – PubMed tai

Telomeric DNA damage is irreparable and causes persistent DNA damage response activation – PMC tai

Telomeres are favoured targets of a persistent DNA damage response in ageing and stress-induced senescence | Nature Communications)
Tämä sisältää sen, että ne eivät jatka jakautumista, mutta erittäin tärkeää on, että ne tuottavat tekijöitä, jotka voivat olla pro-inflammatorisia.
)Se häiritsee tietysti solujen uusiutumiskykyä ja siten kykyä vaikuttaa itseään uusiutuviin kudoksiin, mutta myös solujen toimintoja häiriintyy.
Monet ryhmät ovat osallistuneet tähän ymmärrykseen. Esimerkiksi mitokondrioiden toiminta häiriintyy ja johtaa enemmän reaktiivisiin happilajeihin ROS.
Se voi johtaa myös genomiseen epävakauteen, kun nuo päät joskus sekoittuvat toisiinsa.
09:14 Mutta siinä on enemmänkin. Solunsisäiset tapahtumat ovat jo tarpeeksi huonoja, kun on vaurio-signaalia, mutta kuten sanoin, senenssentit solut, joiden erittämä profiili on tutkittu hyvin, ne voivat vaikuttaa koko organismiin.
Tämä voi itse asiassa asettaa noidankehän.
Jos meillä on telomerien päiden lyheneminen lyheneminen, josta puhuin, teillä on tämä hyvin lyhyt telomeeri, joka lähettää solulle vaarasignaalin ”minulla on DNA-vaurio”.
Solut voivat vaikuttaa kahdella tavalla: ne toimivat virheellisesti, mutta ne myös menevät tietyissä tapauksissa senensenssiin tai solukuolemaan.
Tämä voi vahingoittaa kudosta eri tavoin.
Lisäksi näiden erittyvien tekijöiden takia ne voivat johtaa tulehdukseen, siis enemmän ROS:ia (reaktive oxidative spieces: aktiivisesti reagoivia, hapettavia lajeja, vahingoittavampaan ympäristöön.
Tuo voi asettaa noidankehän.
Tulehdus, kuten tiedämme, voi myös aiheuttaa haitallisia vaikutuksia. Annan siis hyvin yksinkertaistetun yleiskuvan paljon monimutkaisemmista fysiologisista prosesseista.
10:12 Tietäen kaiken tämän, merkitseekö tämä asteittainen lyheneminen, jota havaitsemme telomeereissä ihmisillä, mitään?
Ihmisgenetiikka on ollut niin informatiivista, koska se kertoo meille, että vaikka lyhenemistä tapahtuu, se ei kerro, että se aiheuttaisi mitään.
Mutta kun käytetään ihmisgenetiikkaa, ja tiivistän taas hyvin korkeatasoisesti, silloin alkaa näkyä todellista kausaalisuutta, johon voi luottaa.
10:42 Kun tehdään GWAS-analyysi, mitataan telomeeri-pituuksia todella monelta ihmiseltä. Sadoista tuhansista, kuten meidän tapauksessamme 100 000:sta henkilöstä mitattiin kohorteissa telomerien pituuksia.
GWAS:ssä ilmestyy joukko geenejä, joiden alleeli-variantit liittyvät telomerien lyhyyteen, ja alleelivariantit myös summautuvat.(telomeerien lyhyyteen liittyvät alleelivariantit tarkoittavat, että tietyt, periytyvät mutaatiot DNA-koodissasi (alleelit) vaikuttavat telomeeriesi pituuteen tai niiden hajoamisnopeuteen.)
12:08 Mitä nämä proteiinit ovat?
Muuten, toistimme joitain näistä isolla 100 000 hengen kohorteilla. Automated Assay of Telomere Length Measurement and Informatics for 100,000 Subjects in the Genetic Epidemiology Research on Adult Health and Aging (GERA) Cohort – PubMed
Tämä on hyvin vakiintunutta: jos meillä on variantteja näissä tietyissä geeneissä, niillä voi olla vaikutuksia, kun mitataan telomeeri-pituuksia ihmisillä.
Usein mittaukset tehdään perifeerisistä veren mono-nukleaarisoluista tai leukosyyteistä. (Perifeerinen veri tarkoittaa yksinkertaisesti verisuonissa (esim. käsivarresta otetussa näytteessä) kiertävää verta. Leukosyytit ovat puolestaan veren valkosoluja, ja mononukleaariset solut ovat yksitumaisia valkosoluja.Näiden solujen erottaminen ja tutkiminen verinäytteestä on yleinen tapa selvittää immuunijärjestelmän toimintaa, tulehduksia tai perinnöllisiä tekijöitä.)
11:29 Mitä ne kaikki tekevät?
Nämä ovat kaikki toimijoita, ja niitä on monia lisää, joilla on vakiintuneet roolit telomereiden ylläpidossa.
Olen esittänyt ne tässä (tai tämä viitattu paperi on esittänyt tämän Li et al. AJHG 5 March 2020, pages 389-404 Genome-wide Association Analysis in Humans Links Nucleotide Metabolism to Leukocyte Telomere Length – PubMed).
Telomereissä tapahtuu hyvin monimutkainen joukko asioita. Ylhäällä on esitetty hyvin yksinkertaistetusti telomeerin rakenne. Siellä on rakenteellisia proteiineja.
Kun suojaus pettää, saamme vastauksia, joihin osallistuu esimerkiksi ATM, DNA-vauriovasteita ja muita komponentteja. Ja meillä on vaikutuksia, tunnettuja polkuja ribo-nukleoproteiini-telomeraasin biogeneesiin, joka tulee vasemmasta alakulmasta.
Sitten on DNA-replikaatio, jossa täytyy tapahtua erityisiä asioita päiden suhteen.
Tätä Tom’n laboratorio (deLange labon aktiivisesti tutkinut.How Shelterin Orchestrates the Replication and Protection of Telomeres – PubMed
Meillä on solutasolla paljon toimijoita.
Tässä ovat pääasialliset ne, jotka GWAS:ssä määräävät telomeerien lyhyyttä normaaleissa ihmispopulaatioissa, ja me tiedämme, mitä ne tekevät. Voimmeko luottaa siihen?
Kyllä, kun näemme nämä GWAS-yhteydet, ne ovat järkeviä suhteessa kaikkeen siihen, mitä monet laboratoriossa on opittu näiden asioiden toiminnasta telomereissä. Tämä on hyvin yksinkertainen esitys.
12:50 Monet näistä ovat ristiriidassa, niiden täytyy vaihtaa kumppaneita, niiden täytyy tehdä asioita eri aikoina. Telomerien päissä tapahtuu hyvin monimutkainen tanssi.
Koko se turnover solutasoon uusiutuminen / monistuminen, josta puhuin aiemmin, rakenteellisten proteiinien osalta antaa järkeä.
Tämä on hyvin dynaamista.
13:09 Se antaa meille todella hyvän listan tärkeistä kriittisistä komponenteista, joita katsoa.
Ihmisgenetiikalla on toinen tärkeä käyttö klinikalla, ja siellä on monogeneettisiä sairauksia.
Useissa näistä, nämä vihreät soikeat, ja niitä on yli tusina nyt. Yksitellen, kun mikä tahansa näistä mutatoituu heterotsygoottisessa muodossa.
Meillä on tässä hyvä villityypin kopio yhdeltä vanhemmalta ja mutatoitunut kopio toiselta.
Vaikka meillä on villityypin kopio, se ei kuitenkaan riitä telomereiden ylläpitoon ihmiselämän vuosien aikana: Tapahtuu vakavia syndroomia, vakavia sairauksia, joihin voi kuulua aplastinen anemia, keuhkosairaudet kuten keuhkofibroosi, maksakirroosi, nivelrikko jne. Koko joukko vakavia, varhaisalkuisia asioita.
Nämä monigeneettiset sairaudet kertovat meille, että edes 50 % normaalista geeni-ekspressiotasosta ei riitä ihmisille, toisin kuin hiirille, jotka pärjäävät sillä.
Kun telomeerien lyhenemistä tapahtuu enemmän kuin pitäisi, saamme kuten sanoin tämän todella pahan seurauksen: DNA-vauriovasteen.
Ja se on mitä näissä syndroomissa tapahtuu.
14:33 Entä lopulle väestöstä, joilla ei ole näitä harvinaisia, mutta hyvin tutkittuja mutaatioita näissä geeneissä?
Nämä ovat vain yleiset variantit, jotka tekevät telomereistänne lyhyemmät tai eivät.
14:49 Kun katsomme telomereitä, voimmeko sanoa, millaisia seurauksia lyhyemmistä telomereistä näkyy? Olemme jo saaneet opetuksen Mendelin yksigeenimutaatioista. Ne ovat hyvin vakavia.(Lyhyiden telomereiden terveyshaitat näkyvät selvästi kahdella tasolla. Harvinaisissa perinnöllisissä sairauksissa (lyhyen telomeerin syndroomat) yksi mutaatio telomereiden ylläpitogeeneissä aiheuttaa vakavia ongelmia, kuten aplastista anemiaa, keuhkofibroosia ja maksasairauksia jo nuorella iällä. Näistä Mendelin tautimuodoista olemme saaneet vahvan opetuksen: telomereiden ylläpito on ihmisellä kriittisen tärkeää. Väestötasolla yleiset geneettiset variantit eivät aiheuta yhtä dramaattisia sairauksia, mutta ne tekevät telomereista keskimääräistä lyhyemmät ja lisäävät riskiä moniin ikääntymiseen liittyviin sairauksiin, kuten sydän- ja verisuonitauteihin, keuhkosairauksiin, diabetekseen ja heikentyneeseen immuunitoimintaan).
15:06 Entä lopussa väestössä?
Tämä on jälleen tiivistelmää monista tutkimuksista, joissa periaatteessa yleisessä populaatiossa telomeerien lyhyyden aste, kuinka paljon lyhyemmät telomeerimme ovat kuin muilla kohortissa: on suoraan verrannollinen riskiin koko joukkoa ikääntymistä luonnehtivia sairauksia. Olen listannut niistä useita, ja heikentynyt immuunitoiminta on varmasti prominentti, samoin sydän– ja verisuonitaudit. Mutta mielenkiintoista on diabetes, dementiat ja nivelrikko. Tämä on assosiaatiota, ei kausaalisuutta, vaikka se ennakoi näiden sairauksien ilmaantumista.
Mutta ihmisgenetiikka GWAS-tutkimuksilla on ollut hyvin informatiivista.
Koska nyt GWAS-tutkimuksia katsomalla voitte sanoa, että useissa näistä on itse asiassa kausaalisuutta lyhyempien telomereiden suuntaan.
Polygenic basis and biomedical consequences of telomere length variation | Nature Genetics
Keuhkosairaudet sisältävät esimerkiksi keuhkofibroosin ja nyt myös COPD:n. Mielenkiintoista on, että dementioista Alzheimer on prominentti, assosiaatio on nähty. Meillä on jonkin verran kausaalisuutta siinä.
16:09 Puhutaan hetki syövistä, koska syövät esittävät mielenkiintoisen trade-offin. Short communication: heat resistance of Escherichia coli strains in raw milk at different subpasteurization conditions – PubMed tai uudempi Cancer spectrum and outcomes in the Mendelian short telomere syndromes – PMC
Puhun genetiikasta, koska se on selvin syöpäyhteys telomereihin. Näissä haploinsufficient-mutaatioissa, niissä on vain puolet telomeeri-määrästä, ja oli tämä hyvin vakava vaikutus, josta mainitsin, nämä lyhyen telomeerin syndroomat.
Mutta se sisältää myös alttiuden tietylle osalle ihmisen syöpiä. Nämä ovat vain tiettyjä syöpiä.
Todella mielenkiintoista on, että Mary Armanios on osoittanut, että tämä heikentynyt tai suurempi syöpäriski johtuu itse asiassa heikentyneestä immuunijärjestelmän valvonnasta: T cell immune deficiency rather than chromosome instability predisposes patients with short telomere syndromes to squamous cancers – PubMed
Immuunijärjestelmänne ei hallitse näitä syntyviä syöpiä niin kuin pitäisi tässä tilanteessa.
Lyhyet telomeerit ovat todella huonoja, tästä hyvin mielenkiintoisesta syystä.
Mutta myös, jos meillä on edes vähän liian paljon telomeraasin ekspressiota (liikaa telomeraasia telomerien huoltioa) tai hieman aktiivisempaa tuotantoa joistain niistä telomeeri-proteiineista, tehden telomereistä hieman pidemmät, saamme toisen joukon syöpäriskejä.
Nämä liittyvät melkein varmasti siihen, että pidemmät telomeerit antavat soluille pidemmän kiitoradan kerätä syöpää aiheuttavia mutaatioita.
Tämä on monenlaisia erilaisia syöpiä. Tämä on todellinen trade-off syöpien suhteen.
17:38 Mihin tämä kaikki johtaa?
Palatkaamme ajattelemaan, mikä tekee telomereistä pidempiä tai lyhyempiä, paremmin tai huonommin ylläpidettyjä.
Tärkeintä tässä, ja pointti jonka haluan tehdä, on että jos havainnoitte telomeeri-pituuksia, kerroin teille geneettisistä determinanteista, se on itse asiassa melko pieni osa koko tarinasta.
On paljon muita tekijöitä, jotka vaikuttavat havaittuun telomeeri-pituuteen.
Monet niistä ovat elämässä tai yhteiskunnan vaikutuksesta tapahtuvia asioita.
Olen listannut joukon näistä. Me lähdimme mukaan tutkimuksiin, ja nyt on useita itsenäisiä tutkimuksia ja kohorteja.
Mutta me lähdimme mukaan joihinkin näistä yhteistyössä kollegani Elissa Epelin kanssa Kalifornian yliopistosta. Jue Linin laboratoriossani on johtanut näitä yhteistyötutkimuksia, osan Elissa Epelin kanssa, ja monet muut ryhmät ovat tehneet saman. Elissa Epel Jue Lin: UCSF Blackburn lab core telomere lenght measurements Accelerated telomere shortening in response to life stress – PubMed tai
Telomeres and lifestyle factors: roles in cellular aging – PubMed tai
Stress and telomere shortening: Insights from cellular mechanisms – PubMed
On koko joukko asioita, jotka todella vaikuttavat telomeeri-pituuteen. Koska on annos ja kesto altistukselle näille asioille, jotka ovat verrannollisesti vaikuttamassa telomereihin, ja saavat ne lyhenemään ja lyhenemään, voimme sanoa, että kausaalisuutta on.
On aika vaikea sanoa, että se menisi toisinpäin.
Sekä ympäristö että genetiikka selittävät havaitut lyhyemmät tai pidemmät telomeerit.
19:01 Merkitseekö se mitään? (Copenhagen City Heart Study + Copenhagen General Population Study) (Siinä mitattiin telomeeripituuksia yli 64 000 henkilöltä ja seurattiin kuolleisuutta keskimäärin 7 vuoden ajan. Tutkimus osoitti, että lyhyemmät telomeerit olivat yhteydessä selvästi suurempaan kokonaiskuolleisuuteen sekä syöpäkuolleisuuteen).
Mielenkiintoista on.. tämä yllä, skandinaavinen tutkimus 64 000 ihmisestä.
Kerroin syövistä, joten ajattelisi, mikä on parempi, pidemmät vai lyhyemmät telomeri hännät?
Tässä tutkimuksessa he mittasivat lähtötason telomeeri-pituudet vain valkosoluista, ja odottivat keskimäärin seitsemän vuotta ja kysyivät, kuka kuoli.
He jakoivat ihmiset telomeeri-pituuden desileihin.
Pidemmät ja lyhyemmät keskimääräiset telomeeri-pituudet, ja sitten katsotte kuolemia.
Voitte nähdä, että ne ovat todella riippuvaisia telomereiden lyhyydestä.
Tämä telomeerien lyhyys ennakoi sekä kaikkia kuolinsyitä että mielenkiintoista kyllä myös syöpiä, samoin kuin toista pääasiallista kuolinsyytä, joka on sydän- ja verisuonitaudit.
19:52 Jos katsotte ylhäältä alas kuvaajaa, voitte sanoa, että lyhyemmät telomeerit ovat itse asiassa huonompia.
Jos teemme monimuuttuja-analyysin, nämä laskevat jonkin verran, mutta trendit pysyvät samansuuntaisina.
Lyhyemmät telomeerit eivät ole hyviä uutisia ihmisille, vaikka syöpien nyanssit ovat olemassa.
Mutta kokonaisuudessaan, ja ehkä immuunivalvonnan takia, keskimäärin mitatut lyhyemmät telomeerit lisäävät kuolemanriskiä kaikista syövistä yhteensä.
22:26 Se on vain yksi monista ikääntymisen aspekteista, ja olemme kuulleet monista ikääntymisen aspekteista tänään. Ennustusvoima, kuten näitte näistä tilastoista, ei ole kovin vahva. Mutta se on todellinen.
Entä jos yhdistämme telomeeripituus-mittauksen johonkin muuhun?
22:44 Haluan antaa muutaman esimerkin siitä, miten tämä voi olla hyödyllistä. Vaikka telomeeri-mittaukset yksinään eivät ole kovin ennustavia, ne tulevat hyödyllisemmiksi, kun lisäämme niitä johonkin muuhun.
Antakaamme muutama esimerkki (katso kuvaajaa (Combinining Telomere length measure with another biomarker improves prediction power. Vecoli er al. 2019 Independent and Combined Effects of Telomere Shortening and mtDNA4977 Deletion on Long-term Outcomes of Patients with Coronary Artery Disease
On mitokondriaalinen deletio, joka tulee yleisemmäksi mitokondrio-genomeissa monissa kudoksissa ihmisten ikääntyessä (Mitokondriaalinen deletio tarkoittaa sitä, että solun energiantuotannosta vastaavien mitokondrioiden omasta perimästä (mtDNA) on palanut tai hävinnyt pois jakso geneettistä materiaalia. Tämä perimän vaurio estää mitokondrioita toimimasta normaalisti, mikä johtaa solujen energiantuotannon häiriöihin).Tätä kutsutaan 4977 deleetioksi.
Voimme luokitella ihmiset korkeaan ja matalaan taajuuteen.
Voimme luokitella heidät pidempiin telomeereihin (tertile) ja lyhyempiin. Sitten vain katsoa kuolleisuutta.
Näytän teille kokonaiskuolleisuuden.
Näette, että kummallakaan yksin ei ole todella vahvaa vaikutusta, mutta jos laitat ne molemmat yhteen, saat paljon selvemmän efektin.
Näyttää melko additiiviselta. Telomeeri-pituus tuo tähän lisähyötyä. Samanlaisia tuloksia myös sydän- ja verisuonikuolemille tutkimuksessa.
21:41 Toinen ikääntymisen mitta. Täysin erilainen.
Voitte ajatella solun heikkoutta (frailtyä).https://link.springer.com/article/10.1007/s40520-019-01376-3
Se mittaa voimaa ja kestävyyttä, kuinka nopeasti voitte kävellä jne. Jopa esifrailty, vain muutamalla mittarilla voiman tai kestävyyden menetys.
Jos katsomme lähtötasoa ja sitten kuolleisuutta.
Tämä on kaikista syistä johtuva kuolleisuus.
Jos teemme saman havainnon lähtötason telomeeri-pituudelle ja kysymme, jos meillä on pidemmät tai lyhyemmät ajat, mitä tapahtuu?
Jos meillä on pitkät telomeerit ja ei esifrailtyä, se on hitaampi kuolleisuus.
Ylin käyrä. Kumpikaan yksinään melko verrattavissa, yhdessä additiivinen tuovat lisää haittaa.
Lisääntyy erilaisia ikääntymisen aspekteja, ja voimme nähdä additiivisia efektejä (lisääntyviä vaikutuksia).
Telomeerit tuovat jotain hyödyllistä näkemään oireet.
Samoin pätee täydelle frailtylle ja sydän- ja verisuonitautien osalta näinä päivinä.
22:38 Entä joku erilainen riski, dyslipidemia, huonot lipidiprofiilit veressä?https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37903596/
Hiilikaivostyöläisiä, jotka altistuvat vaarallisille polysyklisille aromaattisille hiilivetyille.
Jos katsotte riskejä, voitte jakaa heidät tertileihin altistuksen määrän mukaan ja mikä on riski huonolle lipidiprofiilille.
Eturivi vasemmalta oikealle on enemmän ja enemmän altistusta. Eturivi on ihmisiä, joilla on lyhyet telomeerit, ja takarivi pitkät telomeerit.
Takarivi on ihmisiä, joilla on lyhyemmät telomeerit.
Toisin sanoen, jos teillä on lyhyemmät telomeerit, riskinne pahenee.
22:22 Tämä on melko silmiinpistävä, koska tämä on erilainen tutkimus – nämä eivät ole terveitä yksilöitä.
Nämä ovat ihmisiä, jotka tulivat MD Andersoniin.
Yli 400 ihmistä tässä tutkimuksessa seurattiin.
Lähtötasolla mitattiin veren telomeerit ja myös masennus. Lin et al. CEBP, 2014 Bladder cancer patient survival: leucocyte short telomere interaction with depression https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25416716/
Jos luokittelemme heidät masennukseen tai ei masennukseen, ja katsomme joko lyhyitä telomeerejä tai masennusta lähtötasolla.
Ne ylimmät pari käyrää aivan ylimmän kuvaajan alla, joka on ei-masennus + pidemmät telomeerit, mutta yhdessä ne olivat melko synergistisiä.
24:03 Luulen, että tämä kertoo minulle, että telomeeri-pituudet yksinään eivät ole paljon, mutta jos laitat ne johonkin muuhun, on todennäköisesti todella hyviä mahdollisuuksia alkaa yhdistää.
Kun kohortit kasvavat suuremmiksi ja tietokannat paremmiksi, luulen että tulee paljon enemmän mahdollisuuksia tähän.
Vaikutukset ovat todellisia.
Nuo tutkimukset veivät vuosia. Emme halua odottaa vuosia. Voimmeko alkaa katsoa asioita, jotka saattavat antaa meille aavistuksen tulevasta ongelmasta katsomalla paljon aikaisemmin?
24:37 Nyt haluan kertoa teille, miten olen katsonut telomereiden ylläpitogeenien yhteissäätelyä.
Mitä tarkoitan näillä geeneillä?
Tarkoitan niitä ydinproteiineja ja tuotteita, jotka osallistuvat siihen monimutkaiseen tanssiin, joka ylläpitää telomereitä.
Sen sijaan että katsoisin vain niiden geenien ekspressio-määriä,mikä on tyypillistä, katsoin sitä hieman eri tavalla, eikä se ole vaikeaa.
Se oli katsoa niiden yhteissäätelyä näytteiden välillä eri ryhmissä.
Kävelen teidät läpi tämän, koska se on helppo tehdä, ja kannustan siihen. Luulen että se on ollut melko mielenkiintoista, ja vien teidät läpi useita vinjettejä.
Periaatteessa teidän tarvitsee vain katsoa kuvioita.
25:30 Pointti on, että toivon näyttämäni saattavan olla hyödyllistä varhaisvaroitukseksi tiloista, jotka myöhemmin häiritsevät telomeeri-pituutta ja ylläpitoa ja telomeerien asianmukaista suojausta.
Jotkut kokeelliset data osoittavat, että nämä efektit voivat tapahtua melko nopeasti ja suoraan.
Kyse on pelkästä datakaivostoiminnasta standardeista korkean läpäisyn RNA-sekvensointitietokannoista.
Minun täytyi käyttää bulk-sekvensointia, koska yksisolusekvensointi on ollut haastavaa.
Nämä geenit ekspressoituvat hyvin matalilla tasoilla, jopa kantasoluissa.
Data on liian harvaa yksittäisissä soluissa.Toivon teknologian paranevan, jotta voimme tehdä sen yksisolutasolla.
Nämä ovat tutkimuksia, joissa katsotte yhtä solutyyppiä populaationa.
26:28 Muistutan, tässä ne kaikki ovat.
Noin 40 kriittistä proteiinia, ja ne ovat eri luokkia.
Nämä ovat telomereiden ylläpitoreitin geenit.
Kutsun niitä noin 40:ksi kriittiseksi geeniksi, jotka näytin teille siellä ja muutama lisää.
Jotkut niistä ovat rakenteellisia telomeerissä, jotkut liittyvät DNA-vauriovasteeseen.
Telomeraasin rakenteelliset ribonukleoproteiinin proteiinit, niiden biogeneesigeenit ja TERRA (telomere transcripts regulation) josta kuulitte tänään, nuo telomere RNA -transkriptit, jotka säätelevät noita transcripteja telomeerien kautta. Relative and absolute reliabilities of the myotonometric measurements of hemiparetic arms in patients with stroke – PubMed (Tutkimus analysoi shelterin-geenien (mukaan lukien TRF1/TERF1, TRF2, TIN2/TINF2, POT1 jne.) mRNA-ekspression koordinoitua säätelyä ihmisen soluissa. He käyttivät korrelaatioanalyysejä (mukaan lukien Pearson-tyyppisiä) ja havaitsivat, että telomereihin liittyvien geenien ekspressio on koordinoidusti säänneltyä terveissä soluissa, mutta tämä koordinaatio häiriintyy tietyissä tiloissa.)
27:12 Antakaamme muutama esimerkki.
Tämä on oikeaa elämää. Tämä on UCSF. Iso tutkimus.
Nämä ovat melko terveitä ihmisiä.
Jokainen piste on yhden henkilön perifeerinen veren mononukleaarinen solu.
Plottaan koko tämän näytesarjan yli kahden näistä telomeeriproteiineista ekspressiotason.
ACD ja TINF2 ovat kriittisiä telomeeria suojaavia shelterin-proteineja. Ne suojaavat telomereitä.
Näette, että ne ekspressoituvat verrannollisesti toisiinsa. Nämä ovat terveitä näytteitä, mutta aina on luontaista vaihtelua. Tämä näyttää kompensoivalta luonteelta.
Jos se on vähän matalampi yhdessä, se on vähän matalampi toisessa.
28:00 Vastakohta pätee toiseen pariin, ACD ja POT1.
POT1 löydettiin alun perin Tom’n labissa fission hiivassa. Se on käänteisesti ekspressoitu.
Siellä on toinen pari proteiineja oikealla TINF2 ja vasemmalla ACD.
28:28 Nyt katsotaanpa jos me voimme jalostaa tästä jotakin kiinnostavaa Tässä on Stanfordin tutkimus.
He katsovat noin 100 luovuttajaa.
He katsovat useita solulinjoja, jotka he ovat tehneet normaaleista T-soluista. He ovat tehneet indusoituja pluripotenssi-kantasolulinjoja.
Poimin heidän tietokannoistaan nämä noin 40 geeniä plus joitain proliferaatio-geenejä.
Jos katsotte paria näistä geeneistä, voitte nähdä hajontaa,
ei tapahdu paljon. Mutta jaetaanpa ne:
Tässä paperissa he olivat kiinnostuneita siitä, mitä insuliiniresistenssi tekee (pluripotent stem cells) kantasolulinjojen tekemiselle, näille henkilöille, verraten insuliini sensitiivisiin ihmisiin tässä cohortissa, ja ikää ja sukupuolta. Ja mitä vaikutuksia siellä mahtaa olla, joka vaikuttaa , kuten heitä kiinnosti, kantasoluihin. Olin itse kiinnostunut näiden telomerien parittain-vertailu-suhteista
29:43 Otetaan esimerkki yksinkertaistamaan ajatusta. Meillä on noin 300 otetta-esimerkkiä (sample). Kaikki ovat viljelty (invitro) RNACC on yksi.
Katsotaan miehiä.
Katsotaan nuorempia, noin 30-vuotiaita.
Insuliiniherkät ja insuliiniresistentit.
Niillä on erilaiset suhteet.
Nyt se näkyy, alaryhmissä tulos on jo erilainen.
Tämä on siis pari-vertailu telomeeri expression geeneillä. Eli jo tämä näyttää paljon enemmän.
30:14 Haluan myös katsoa geenejä, jotka liittyvät proliferaatio-nopeuteen. Telomereitä täytyy replikoida, joten niiden pitäisi koordinoida proliferaatio-geeneihin.
Tässä yksi esimerkki, MCM6:
Suhde on erilainen insuliiniresistentissä verrattuna insuliiniherkkään ryhmään.
30:52 Nyt laajennetaan tämä kaikkiin näihin geeneihin.
Teidän ei tarvitse katsoa yksittäisiä asioita täällä.
Nojaa taaksepäin ja nauttikaa.
Terveet ovat aina vasemmalla ja haitalliset melkein oikealla.
Katsomme kaikkia parittaisia yhdistelmiä.
31:35 Saamme 2D-lämpökartan. Katsotaan onko nähtävissä eroja geenien expressiossa. Ja tiedämme että nämä transcriptio erot ovat kriittisiä. Olemme oppineet sen ihmisten geneettisistä tutkimuksista (The Source of human stem cells (iPSCs) affects their regulation of telomere maintenance genes)
Sitten klusteroimme ne. Kysyn onko eroja. Eli katsomme eroja Co-regulations. Katsotaan ensin ihmisiä jotka insuliini resistenssissä versus Insuliini sensitiivisiä.
Yläreunassa on samat geenit
Tässä näette nämä todella kauniit klusterit.
Telomeerigeenejä, jotka yhteissätelevät, on sinistä.
Telomeerigeenejä, jotka vasta-yhteissätelevät, on punaista.Aluksi vasen , eli Insulini sensitiivinen ryhmä, eli terve ryhmä. Saman kulttuurin generoimat (induced pluripotent) kantasolut, kaikki samasta ryhmästä.
Se on vasemmalla terveillä yksilöillä samoissa viljelyolosuhteissa selkeä kuvaus geenien expressiosta.
Mutta nyt oikealla insuliiniresistenttien ihmisten osalta kaaos.
Se oli todella kiehtovaa. Nyt tämä on ikääntymistä.
Ihmiset 60-vuotiaissa. Siitä on tullut hieman kaoottisempaa.
Ikääntyminen on varmasti menettänyt osan siitä säätelystä.
33:26 Nyt Insuliiniresistentit solut ovat eläneet pitkän elämän kuukausia, vuosia. Niissä on todennäköisesti paljon epigeneettisiä muutoksia.
Voimmeko katsoa suoraan glukoositasoja vertaillen näitä ryhmiä, koska ihmisillä metabolisessa syndroomassa tai Diabeteksessä verensokerin hallinta on heikompaa?
34:00 Katsotaan nyt ihmisiä suoraan erityisissä haastavissa tilanteissa,(miten geenien expressio, eli ohjaus onnistuu). Nämä geenien toiminnan tarkastelu avaa eri tilanteiden vaikutusta siihen missä telomerien huoltaminen turmeltuu, ja DNA viesti jää sotkuun.
Katsotaan tätä haitallisten tilanteiden suoraa vaikutusta, joka tapahtuu jopa tuntien aikana kun vaikutus alkaa.. Katsotaan:
–Ravinnon vaikutusta (glucose, eli verensokeriin),
–Stressin vaikutusta (glucocorticoid) Tiedämme että insuliini resistenssi ja lyhyemmät telomeerit kulkevat todella ”yhdessä”. Tiedämme että lisääntynyt Stressi, sen ”annos” ja kroonisuus näkyy lyhyempinä telomeereinä.
(Glukokortikoidit ovat lisämunuaisten kuorikerroksen erittämiä steroidihormoneja sekä niitä vastaavia synteettisiä lääkeaineita. Niiden tärkein tehtävä elimistössä on säädellä aineenvaihduntaa, hillitä voimakkaasti tulehduksia ja vaimentaa immuunipuolustusta. Arkikielessä niistä käytetään usein nimitystä kortisoni) (Kortisoli on ihmisen elimistön, tarkemmin lisämunuaisten, luonnostaan tuottama elintärkeä hormoni, jota kutsutaan usein ”stressihormoniksi”. Kortisoni puolestaan on elimistön aineenvaihduntatuote sekä synteettisistä lääkevalmisteista käytetty yleisnimitys, kortisonia käytetään lääkkeenä sen voimakkaan tulehdusta hillitsevän ja vastustuskykyä (immuunivastetta) vaimentavan vaikutuksen vuoksi))
–Lääkkeiden vaikutus (Parasetamoli, eli Tylenol) Haluan nostaa erään yleisen päänsärky lääkkeen
vaikutusta. Mikä on aika yllättävää vaikutuksellaan.
34:38 Eli vien teidän katsomaan näiden ”yksittäisten” muuttujien vaikutusta solujen ulkoiseen ja sisäisen yhteis-sääntelyyn (co-regulation) suoraa vaikutusta soluviljelmässä (in-vitro):
Katsokaamme primaarisia MAKSA SOLUJA
Primary hepatic cells: (in 3D short term culture) Effect of fous hour glucose treatment in vitro. Multiple samples: Telomere function gene expression after in vitro exposure to low or high glucose.Shaft et al. 2023 Bioengineering Pancreas-liver Crosstalk in a Microfluidic Coculture Chip iIdenfies Human Metabolic Responce Signatures in Pediatric Hyperglycemia
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202203368
Ne laitetaan in vitro viljelmään, ja altistetaan joko terveelle, tasaiselle glukoosille tai korkealle epäterveelliselle glukoositasolle.
34:54 (katso kuvaa) Jos katsotte geeniekspressio-profiileja, ette näe juuri mitään vain määrän DNA vaurio geeneille.
Mutta älkää menkö kotiin, koska katsokaa yhteissäätelyä
Vasemmalla terve maksa solu ja oikealla vaurioitunut maksa solu (2 D heat map)(Co-regulation) Geenien ilmentymiseen (expression). Keskeinen tuki tälle ilmentymiselle on telomerien huolto geeneillä. (Telomeerien ylläpitogeenien yhteissäätely viittaa siihen, miten solut koordinoivat tiettyjen geenien – kuten TERT:n (telomeraasi) ja shelteriinikomponenttien – samanaikaista aktivointia tai repressiota pitääkseen kromosomien päät vakaina. Tämä toisiinsa liittyvä säätely varmistaa, että solut jakautuvat turvallisesti menettämättä elintärkeää DNA:ta.)
Vain neljä (4) tuntia glukoosi altistusta tekee eron.
35:34 Toinen relevantti solutyyppi on HAIMAN SAAREKESOLUT.
STRESSI on ensimmäinen esimerkki tästä on glutamaattineuronit. (aivojen, kehon aktiivisuuteen toimintaan glutamaatti solu (GABA rauha/ GLUTAMAATTI aktiivisuus)
24 tunnin stressihormonin altistus häiritsee jo kuvioita
(Human inducer pluripotent pancreatic stem cell derived glutamateric neurons) (PTSD taistelu-veteraaneilta satuja aivo soluja). Tämä on siis toinen tutkimus jossa 24 tunnin STRESSI altistusta katsotaan Ja kuten näette, kuvio on geenien ilmentymässä (oikealla) jopa vain 24 tunnin aikana häiriintynyt. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9630117/ sekä https://www.researchgate.net/publication/364622027_Modeling_gene_environment_interactions_in_PTSD_using_human_neurons_reveals_diagnosis-specific_glucocorticoid-induced_gene_expression
Human induced pluripotent stem cell (hiPSC)-derived glutamatergic neurons. Glucocorticoid effects: Treated in vitro for 24 hours: 0 vs. 1000 nM hydrocortisone. Genes analyzed by bulk RNA_seq: Telomere maintenance genes. PROLIFETRATION rate genes

36:08 Altistus PARACETAMOL särkylääkkeelle.T
oinen tutkimus särkylääke paracertamolin vaikutus. eurooppalainen nimitys acetaminophen , joka on Tylenol Amerikassa. Eli vain kaksinkertainen annoksen nosto oikealla olevassa häiriintyneessä Haima solussa. Vain muutaman päivän altistus näin vaarattomalta vaikuttavalla lääkkeellä voi olla. Tämä on siis telomerien yhdessä -säätelyn häiriö
((neural rosettes DAY 7 HIGH paracetamol)
Iso ero geenien koordinaatiossa.
PARACETAMOLI oli yllättävä.
Vain kaksinkertainen ero konsentraatiossa muutaman päivän ajan.
36:32: Tämä on melko hyvä tapa saada kiinni eroja kriittisten reittien yhteissäätelyssä. Tiedämme että tässä on paljon tapahtumassa, tapahtumakirjauksessa (trancription), ja signaloinnissa (virhe signaali ”geeni-expression häiriö”). Mutta voimme nähdä sen tässä. Nyt ei paracetamol vaikutus, mutta tiedämme miten nämä häiritsevät tapahtumat korreloivat lyhyempiin telomereihin, ja sairauksien riskiin.
36:55 Tämä on kiinnostava tutkmus (fibroblast) (Fibroblasti -eli sidekudossolu) on ihmiskehon yleisin sidekudossolutyyppi, jonka päätehtävänä on tuottaa kollageenia ja elastiinia. Nämä proteiinit muodostavat tukirakenteen ihollesi ja sisäelimillesi, pitäen kudokset kimmoisina. Lisäksi fibroblastit ovat keskeisessä roolissa haavojen parantumisessa ja arpeutumisessa )(Pehmeä tai epäsäännöllinen (sotkettu) solunulkoinen matriisi hidastaa solujen jakautumista ja lyhentää niiden proliferatiivista elinikää).
Mecanotransduction: Effect of subtrate stiffnes
Pehmeämpi (sotkettu) matriisi hidastaa proliferaatiota ja lyhentää proliferatiivista elinikää.
( Elizabeth puhuu mekanotransduktiosta – siitä, miten solut aistivat ympäröivän solunulkoisen matriisin (extracellular matrix, ECM) jäykkyyttä ja miten tämä fyysinen signaali vaikuttaa geenien ilmentymiseen (ekspressioon) ja niiden yhteissäätelyyn ( Keskeinen idea: Jäykkä matriisi (kuten terveessä nuoremmassa kudoksessa) tukee solujen normaalia proliferaatiota ja pitää telomereiden ylläpitogeenien (esim. shelterin-kompleksi) ekspression hyvin koordinoituna.
Pehmeä tai sotkettu (disordered) matriisi (esim. ikääntyvässä tai tulehtuneessa kudoksessa) lähettää erilaisen mekaanisen signaalin solulle. Tämä johtaa:
-Hidastuneeseen solujen jakautumiseen (proliferaatio).
-Lyhentyneeseen proliferatiiviseen elinikään (solut saavuttavat replikatiivisen senensenssin nopeammin).
-Häiriintyneeseen yhteissäätelyyn telomereiden ylläpitogeeneissä → koordinaatio heikkenee, vaikka yksittäisten geenien ilmentymistasot eivät välttämättä muutu paljon.
Tämä osoittaa, että jos sinulla on pehmennyt solunulkoinen matriisi, et saa uusiutumista aikaan (you don`t get good proliferation). Mutta proliferation live span, eli terve uudistuva elinikä (kiinteä /jäykkä solun ulkoinen matriisi) ja kun tämä solunulkoinen matriisi pehmenee, myös elinikä lyhenee. eli keho rapistuu nopeammin (senecense= the condition or process of deterioration with age). Telomeraasi (kromosomin häntien uudistuminen) heikkenee ja vähenee soluissa, eli telomeraasin aktiivisuus puuttuu.
37:30 Telomeraasi on tässä elintärkeä, koska se auttaa ylläpitämään telomereitä jakautuvissa soluissa.
Tämä on hienoinen esimerkki siitä, miten kudoksen jäykkyyden muutokset (esim. tulehduksessa tai ikääntymisessä) voivat suoraan edistää solujen ikääntymistä matalan tason mekanismilla.))

37:43 Tämä on melko silmiinpistävää, koska varhaisessa vaiheessa ette tietäisi, että mitään on vialla.
Jopa aikaisessa vaiheessa näkyy siirtymiä kuvioissa. 38:10 Tutkimus: Human myoblasts in vitro: exposure to aged serum vs. young serum. myoblasts cultured in vitro in aged vs young serum RNA-seq Days 4 and 10
In Vivo Transcriptomic Profiling using Cell Encapsulation Identifies Effector Pathways of Systemic Aging | bioRxiv
(Tutkijat altistivat ihmisen myoblasteja (satellite cell -peräisiä lihassolujen esiasteita) in vitro joko nuorelle tai vanhalle ihmisseerumille. He tekivät RNA-seq-analyysin 4. ja 10. päivänä. Tulokset osoittivat, että vanha seerumi häiritsi merkittävästi geenien ilmentymistä ja yhteissäätelyä verrattuna nuoreen seerumiin – juuri kuten Blackburn luennossaan mainitsi. Tutkimuksessa verrattiin myös in vitro -tuloksia in vivo -tilanteeseen (solut kapseloituna vanhoihin hiiriin))
38:18 Nuori seerumi versus vanha seerumi muuttaa telomeeri-kuvioita. Vasemmalla taas nuori populaatio ja oikealla ikääntynyt. (myoblast in vitro)
38:31 Ehkä tämä tapa katsoa geeni-ilmentymä (expression) kuvioita on hyödyllinen varhais-varoitusmerkki tulevista pitkän ajan vaikutuksista telomerien huoltoon ja ylläpitoon .
38:45 Toinen kiinnostava tutkimus joka tuli
Svante Pääbon labin) tutkimus ryhmältä arylhiilivetyreseptorista.
Moderni geeni tekee soluista resilientimpiä savu-toksiineille. Uskoisin että nuotio ja ruuanlaitto savut ovat altistaneet ihmisen sietämään paremmin savu-myrkkyjä.(Savun hengittäminen ihmisen historiassa , esim. nuotiot ovat kyllästäneet ihmisen sietämään paremmin savua). The modern human aryl hydrocarbon receptor is more active when ancestralized by genome editing | PNAS
Muinainen muoto denisovan ihmiset (satoja miljoonia vuosia sitten?(evoluuto-teorian mukaan) reagoi voimakkaasti savu-toksiiniin.
Moderni muoto on paljon resilientimpi.
Miten he toteuttivat tutkimuksen. He työstivät saamaansa DNA ta Crispper tekniikalla, saadakseen varhaisen DNA jota ei enää elä täällä. Eli näin he näkivät erilaisen geenien ilmentymän savu-myrkyillä tähän varhaiseen ihmiseen. Muta kun katsoin heidän tutkimusdataa, samalla tapaa ja sanoin ”mitä tapahtuu telomeerien huollolle (telomeraasi)?
39:50 Ja tässä on tuo varhainen 4 tunnin altistus savu -myrkyille. Mitä tästä saimme ajatuksena tulevaisuuteen, eli ihminen on kehittynyt sietämään paremmin savu-myrkkyjä.
40:15 Tässä on siis 2D heat map mallinnus samalle datalle: Tässä siis AHR Inhibitor (altistus 4H hydrocarbon reseptorille)) CH-223191 5micron, 4 h. Oikealla näkyy vaikutus.
40:53 Nyt siis oikealla moderni ihminen AHR, ja vasemmalla muinainen ihminen AHR
AHR:n estäminen nykyaikaisissa ihmisen hESC-solussa palauttaa niiden telomeerien yhteissääntelyn varhaisten esi-isien-AHR-geenin tilaan
41:15 Mutta mikä on myös kiehtovaa? Se on se kun jos altistat modernin ihmisen solun hankalille myrkyille, kuten tälle benzyl acryl compound (Se on luokiteltu tyydyttävän tai kohtalaisen vaaralliseksi kemikaaliksi, ja sen käsittely vaatii aina asianmukaisia suojavarusteita ) myrkylle joka vaurioittaa laajasti solujamme, siitä seuraa tällainen sotku geeni ilmentymään joka näkyy oikealla (vasemmalla DMSO vaikutus (Dimethyl sulfoxide. ei ole myrkky siinä merkityksessä kuin yleensä ajatellaan, vaan se on yleinen liuotin (solventti), jota käytetään soluviljelmissä. Se liuottaa erittäin hyvin monia yhdisteitä, jotka eivät liukene veteen. Siksi sitä käytetään lähes kaikissa solukokeissa, kun halutaan lisätä soluihin jotain ainetta) 0,05% vahvuudella vaikutus 4 tunnin altistuksessa.
DMSO ei vaurioita niin pahasti kuin benzyl acryl compound vaikuttaa.
41:41 Nyt näemme Ylhäällä nykyihmisen vaikutuskset benzo (alpha) pyrene 5 nM, 4 tunnin altistus ja alla sama muinaisen ihmisen geeni-ilmentymä vaikutus. ja ylhäällä siis näemme että nyky-ihminen selviää paremmin tämän modernin liuottimen altistuksessa, paremmin kuin pahemman myrkyn kanssa.
Ja alhaalla kuinka muinainen ihminen kärsii molemmissa altistuksissa pahemmin kuin nykyihminen.
(hESCs eli alkiolliset kantasolut Alkiolliset kantasolut on saatu ihmisen blastokystin sisäisestä solumassasta. Niillä on kyky erilaistua mihin tahansa kehon solutyyppiin. hESC:illä on merkittäviä sovelluksia uudistavassa lääketieteessä ja terapeuttisessa käytössä. hESC:ien ymmärtäminen on olennaista lääketieteen tieteen edistämiseksi.) ( Kun tutkijat puhuvat ihmisen embryonikantasoluista (hESC– human embrioric cell), ne ovat peräisin blastokystin sisäisestä solumassasta. Nämä solut ovat pluripotentteja, eli ne voivat kehittyä melkein minkä tahansa kudoksen soluiksi. Siksi ne ovat erinomainen malli tutkia geenien säätelyä puhtaassa tilassa, lman aikuisen kudoksen monimutkaisia vaikutteita. Svante Pääbon tutkimuksessa juuri näitä blastokystista johdettuja hESC-soluja käytettiin geenieditoinnissa (CRISPR), kun muutettiin AHR-geeni muinaiseen muotoon ja tutkittiin telomereiden geenien yhteissäätelyä.)
Muinainen ihminen on siis super sensitiivinen nyky aineille.
41:59 Lopetan hauskalla asialla. Puhuimmekin micro gravitaatiosta ja avaruus matkailusta. Kun mieteimme matkaa Marsiin. Miten tämä solun ulkopinnan matrixin yhteis-säätely (co-regulation) ja telomeraasin vaikutus solunsisäisesti, solun uusiutumisessa ja -geenien ilmentymän hoidossa.
42:20 Kuva Ihmiset todella miettivät tätä micro painovoimaa, ja horrostilaa(hibernation) mahdollistamassa Mars matkailua.
Simuloitu mikrogravitaatio muuttaa telomeerien koordinaatiota muutamassa päivässä.
Proliferaatiogeenit pysyvät hyvin korreloituna, mutta telomeerigeenit eivät.
Oikeassa alakulmassa näkyy nämä uudistumien, eli proliferation geenien ilmentymä. Eli aika hyvin yhtei-säätely toimii noiden geenien alueilla. Mutta teloeeri geenien ilmentymä, vain muutaman päivän altistus simuloituun micro painovoimaan aiheutti sekoittumista geeni ilmentymään.
(Elizabeth käsitteli ltässä kohtaa simuloitua mikrogravitaatiota, joka vastaa olosuhteita avaruusmatkalla (esim. matkalla Marsin). Tutkimuksessa altistettiin ihmisen immuunijärjestelmän soluja (kypsymättömiä dendriittisiä soluja) simuloidulle mikrogravitaatiolle. RNA-seq-analyysillä ja Pearsonin korrelaatioilla verrattiin geenien yhteissäätelyä 1G-maaolosuhteissa versus mikrogravitaatiossa.
Tulokset osoittivat, että mikrogravitaatio häiritsi selkeästi telomereiden ylläpitogeenien koordinoitua ilmentymistä, vaikka proliferaatiogeenit (uudistumis-geenit) pysyivät melko hyvin säädeltyinä.
Tämä herättää tärkeitä kysymyksiä pitkäaikaisten avaruusmatkojen (kuten Mars-mission) vaikutuksista solujen ikääntymiseen ja immuniteettiin.)
43:05 Lopetan tällä hauskalla ajatuksella matkailu Marsiin. NASA miettii sitä (ja Elon Musk).
Hibernaatio, eli lepo (talviuni) tulisi kyetä saavuttamaan säilyttääksemme kehomme resurssit, ja telomeerit voivat hyvin horroksen aikana.On aika vähän kädellisiä jotka horrostavat. Yksi laji on Paksuhäntä-oravamaki Madagaskarin trooppinen horrostava (hibernoiva) kädellinen He horrostava kuuman kuivana aikana kun ruokaa ei ole tarjolla..
Telomere dynamics during hibernation in a tropical primate – PubMed
tai Elizabethin laboratorion tutkimus
Telomere length measurement by qPCR – Summary of critical factors and recommendations for assay design – PubMed
DUKE yliopistolla on kokonainen ”Lima center”. Ja Dana Smith laboratoriostani teki yhteistyötä heidän kanssaan, ja katsoimme telomerejä, niiden toimintaa koko jaksolla.(pitkittäis jaksolla), eli horroksen alussa, kuluessa ja lopussa, ja sitten nämä paksuhäntä makit tulivat horroksesta ulos hyvin hitaalla metabolialla.Ja kohta pian metolian nopesu palautui.
44:06 Katsoimme sitten mitä tapahtui telomereille. (telomere dynamics during hibernation in a tropical primat) pre-mid-end-post-active. Eli telomerit voivat erittäin hyvin, ja tuo on hyvä uutinen, ja palautuivat todella hyvin. Tämä antaa toivoa Mars ajatuksessa pitkän horroksen vaikutuksesta ihmiseen. Meidän pitäisi ajatella tällaisia asioita pitkäaikaisen terveyden kannalta hibernaation yhteydessä.

42:27 SUMMA SUMMARUM
Tällä tulevaisuudellisella nuotilla laitan yhteenvetodiasivun ylös.
Luulen, että telomereiden ylläpidon tarkastelu voi olla hyvin hyödyllistä varhaisvaroitukseksi asioista, jotka todennäköisesti johtavat ongelmiin myöhemmin. Tästä meillä on suoraa tutkimus näyttöä
Telomerien perus tiede on siis antanut hyvää osaamista miten heikentynyt telomerien huolto (telomeraasi) ihmisille aiheuttaa
Ravinto
Stressi
Myrkyt
Pienois-painovoima
iPSCs ( Indusoidut pluripotenssi-kantasolut
Kehitetty vuonna 2006 japanilaisen Shinya Yamanakan toimesta (Nobel-palkinto 2012)
Valmistetaan aikuisista soluista (esim. ihosoluista) lisäämällä 3–4 geenitekijää
Muuttuvat takaisin alkukantaiseen tilaan → pluripotentteja kuten hESC:t
Eettisesti parempi vaihtoehto, koska ei vaadi alkioita
Voidaan tehdä potilaskohtaisesti (esim. omista soluista))ja
hESCs-Ihmisen alkion kantasolut
Peräisin blastokystin sisäisestä solumassasta (varhaisalkio, n. 5–6 päivän ikäinen)
Pluripotentteja = voivat kehittyä melkein minkä tahansa kudoksen soluiksi
Eettisesti kiistanalaisia, koska niiden saaminen vaatii alkion tuhoamisen
Käytetään paljon perustutkimuksessa, koska ne ovat ”luonnollisen alkukantaisia”)
Nämä kaikki solun normaalisti hyvin yhteis säädeltynä geenien-ilmentymän mahdollistajana, keskeistä on telomerien huolto geenit (telomeraze entzyme)
Nämä vaikutukset tähän koromosoie hyvinvoinnin mahdollistamisessa, solujen uudistumisessa ja monistumisessa, ne ovat tärkeitä kun ajatellaan tulevaisuudessa häämöttäviä kroonisia sairauksia, ja niiden estämistä
Kiitos huomiostanne tämän päivän lopussa.
Olen iloinen, jos voin keskustella huomenna kahvittelun ohessa.