Nieoczekiwane korzyści ze starzenia się komórek „zombie”.

Gatunki salamandry badane przez grupę Yoon: salamandra czerwonoplamista Notophthalmus viridescens. Badając salamandry, które mają niezwykłe zdolności regeneracyjne, naukowcy odkryli, że obecność starzejących się komórek przyspiesza proces regeneracji kończyn. Komórki wydzielają czynniki, które sygnalizują dojrzałym włóknom mięśniowym przekształcenie się w dawne komórki mięśniowe, co sprzyja regeneracji. To odkrycie może pomóc naukowcom zrozumieć, dlaczego ludzie mają ograniczone możliwości regeneracji i być może opracować nowe metody leczenia chorób związanych z wiekiem. Źródło: Maximina Yun

Naukowcy wykazali, że tak zwane starzejące się komórki, czyli komórki, które trwale przestały się dzielić, promują produkcję nowych komórek mięśniowych, które sprzyjają regeneracji utraconych kończyn u salamandrów.

Komórki starzejące się, związane ze starzeniem się i chorobami, mogą mieć właściwości regeneracyjne. Badając salamandry, naukowcy odkryli, że starzejące się komórki przyspieszają regenerację kończyn, sygnalizując włóknom mięśniowym odróżnicowanie, co może prowadzić do nowych metod leczenia chorób związanych z wiekiem.

Komórki starzejące się to komórki, które trwale przestały się dzielić w odpowiedzi na stres komórkowy, ale nie umarły. Wraz z wiekiem organizmów wzrasta liczba starzejących się komórek w organizmie. To nagromadzenie jest obecnie uważane za oznakę starzenia i jest powiązane z różnymi chorobami, w tym z rakiem. Jednak prawdziwa natura tych komórek może być bardziej złożona i zależna od kontekstu.

Coraz więcej dowodów sugeruje, że starzejące się komórki mogą mieć również korzystny wpływ, taki jak gojenie się ran lub zapobieganie bliznowaceniu tkanek. „Kilka lat temu nasza grupa odkryła, że ​​starzejące się komórki były obecne na kluczowych etapach regeneracji kończyn salamandry. Co ciekawe, inne grupy odkryły następnie te komórki w innych kontekstach regeneracji, w tym u ssaków. Dlatego chcieliśmy sprawdzić, czy te komórki przyczyniają się do w jakikolwiek sposób może się odnawiać” — wyjaśnia dr Maximina Yon, lider grupy badawczej w Centrum Terapii Regeneracyjnych w Dreźnie (CRTD) oraz w grupie Physics of Excellence (PoL) na Uniwersytecie Technicznym w Dreźnie oraz w Instytucie Maxa Plancka w[{” attribute=””>Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG).

Senescent Cells Promote Regeneration

The researchers in Yun’s group study salamanders. These animals have unique regeneration abilities and are able to re-grow many organs of their bodies, including lost limbs. “Salamander limb regeneration is a fascinating process. In a matter of weeks, they re-grow a fully functional limb,” explains Dr. Yun.

To check if the presence of senescent cells influences the limb regeneration process, researchers in the Yun group found a way to modulate the number of senescent cells in the wound. The team observed that the presence of senescent cells enhanced the regeneration process.

“When more senescent cells were present in the wound, the animals developed a larger regeneration bud, or – as we call it – blastema. This is a collection of cells that are going to form all the needed tissues in the new limb. The larger the blastema, the more cells are there to regrow the limb and the quicker the regeneration process. The presence of senescent cells seemed to ‘fuel’ the regeneration process,” Dr. Yun says.

“Zombie” Signaling Promotes New Muscle Cells

Looking more closely at the blastema with and without the influence of the senescent cells, the Yun team uncovered a new mechanism that enhances the regeneration process and found that the presence of senescent cells increased the number of regenerating muscle cells. They showed that senescent cells secrete factors that stimulate nearby muscle tissue to take a developmental step back and produce new muscle.

“Our results show that senescent cells use cell-cell communication to influence the regeneration process. They secrete molecules that signal to mature muscle fibers to dedifferentiate into muscle progenitor cells. These cells can multiply themselves as well as differentiate into new muscle cells, thereby enhancing the regeneration process. This signaling appears to be an important part of promoting regeneration,” says Dr. Yun.

For now, the group focused on muscle, one of the most important tissues in the regenerating limb. However, the team is already investigating whether senescent cell signaling also contributes to the regeneration of other tissues.

Lessons From the Salamanders

Yun’s group is working with salamanders to study regeneration and aging processes. “Salamanders are one of the few animal species that seem to defy the natural aging process. They do not develop typical signs of aging and do not accumulate age-related diseases such as cancer. They also have extraordinary healing abilities,” says Dr. Yun. The animals can regenerate almost any organ in their body.

Studying salamanders is helping Dr. Yun and her colleagues at the CRTD understand the principles of the regeneration process and, in the long run, may help solve the puzzle of why humans have very limited regenerative abilities.

Reference: “Senescent cells enhance newt limb regeneration by promoting muscle dedifferentiation” by Hannah E. Walters, Konstantin E. Troyanovskiy, Alwin M. Graf and Maximina H. Yun, 6 April 2023, Aging Cell.
DOI: 10.1111/acel.13826