徠卡顯微鏡干細胞的衰老過程

老化的生理過程是生命的一個基本組成部分。 負責衰老過程，他們有效果的過程是生物醫學研究的重要熱點之一。 伊馮娜博士Begus-Nahrmann研究干細胞的分子機制及其在衰老和腫瘤發展的哥廷根大學醫學中心的作用。 信號蛋白質如p53和p21似乎在這方面發揮重要的作用。 為了研究這些蛋白質在特定細胞類型，所述細胞分離自器官組織用激光顯微切割的幫助。

如何干細胞與衰老過程有關？

分子醫學在老年學旨在破譯衰老過程的機制，并制定改進生活高齡質量的方法。 干細胞研究是該領域*顯著的活動之一。

干細胞，其中有各種類型的，都在衰老過程至關重要。 一些干細胞是有關的胚胎發育。 它們是多能干，能夠形成一個有機體的所有細胞類型。 這些胚胎干細胞不再發生于成年人。 它們只繼續存在作為成體干細胞，器官特異性，即能夠僅由一種類型的器官形成兩個或三個不同的細胞類型。 骨髓干細胞，例如，僅區分從造血系統象免疫細胞和紅血細胞的細胞。 皮膚干細胞形成新的皮膚細胞。奧林巴斯顯微鏡

對我們來說，成體干細胞是特別有趣的，因為它們已經存在于組織中，并繼續在老化過程中存在。 然而，器官特異性干細胞是沒有來自其他小區的不同在于，該組織中的老年迅速再生下降的能力。 我們要找出其原因，尋找刺激的成體干細胞，使它們分裂，更有效地再生的組織方式。 我，例如，已經研究了信號的蛋白質p53和p21。

什么是信號蛋白質p53和p21在衰老過程中的作用？

徠卡顯微鏡我需要給一點背景資料在這里。 有幾個原因，一個有機體青睞。 在這個過程中的一個重要方面是端粒在該服務作為一種“保護帽”用于保存細胞的遺傳信息的染色體的末端。 因為所謂的“末端復制問題”，一小塊該保護蓋的在每次細胞分裂時丟失。 從某個角度，端粒不再能夠執行它們的保護功能。 這可能導致的遺傳信息，染色體的不穩定，因而損失的細胞的變性。 細胞常常腫瘤發展的原因。 因此，一個機制被觸發，從進一步分割停止這樣的細胞。 這應該是防止患腫瘤這種保護機制被激活和控制一個非常重要的信號分子 - p53蛋白。 這種蛋白質的重要性的事實，P53已停止正常運行，在所有癌癥病例有90％是完全缺失可見一斑。

端粒的縮短這發生在干細胞。 在這里，p53基因被激活，以阻止干細胞的進一步分裂。

如果想象的信號級聯，蛋白質的p21是p53的下方，是依賴于它的活化。 如果p53蛋白被激活，它可以啟動該決定細胞的命運兩個不同的信號路徑。 一方面，活化的p53可通過p21的到該單元仍能夠發揮作用，但不再能夠劃分情況導致。 細胞的分裂能力是永久抑制：我們講衰老這里。 另一方面，當端粒的縮短是太遠*且有進一步損害的遺傳信息 - 例如作為UV輻射的結果 - 的p53可通過蛋白質的PUMA啟動細胞凋亡。 在這種情況下，有針對性的細胞死亡。

腸的不穩定的干細胞在衰老組織不會被刪除和朝向更快老化的組織的貢獻：免疫組織化學染色，以確定腸干細胞。 在老化的組織與完整的p53的干細胞被刪除（左），而它們被保留在組織中與已刪除的p53蛋白（右，紅色圓圈）。

什么是干細胞研究當前形勢下，有什么辦法正在推行？

我們現在越來越能夠理解發生了什么，由于老化造成的端粒在細胞的縮短，并在干細胞的運作，并再生潛在由此造成的損失。 我們的理想目標是減慢老化過程，并改善老化生物體的再生潛力，以及阻止腫瘤發展增加。 要做到這一點，我們需要打破這些過程的細節和理解的干細胞的功能，在老化過程。 這方面的知識將有助于我們了解如何駕馭各種信號蛋白的“智能”對我們有利。

干細胞是一個重要的研究領域。 在德國，科學家們正在集中更多的是由于有關使用胚胎干細胞的道德疑慮的成體干細胞。 然而，道德的問題是不是與胚胎干細胞是*的問題。 因為他們的能力，以分化成各種組織和細胞的，它們在理論上提供了巨大的應用潛力。 在現實中，但是，它是困難的在臨床應用中，以獲得胚細胞在正確的地方，以使它們只產生所希望的細胞類型和不會引起任何不希望的變性。

因此，它可能是一個優點為科學家使用自己的器官特異性干細胞。 首先，這些成體干細胞已經在需要的地方的位置，其次，它們只能分化成幾個器官特異性細胞類型。 這減少了細胞變性的可能性。

在醫院，這種可能性已經被使用通過移植病人本身或外國的造血干細胞。 化療和放療用于治療癌癥也殺死其他頻繁分裂的細胞，如毛細胞和那些免疫和造血系統的。 干細胞取自治療前的患者和還給事后恢復免疫和造血系統的功能。

這也是如何，例如，白血病固化時，由醫生從健康供體移植的骨髓干細胞。 干細胞移植的這種方法在本質上是相當容易的，因為該細胞可以通過血液進行分配。 然而，這是不容易做到的固體器官如肝臟。 這將是一個很大的優勢在這里能夠使用的干細胞的器官本身。

端粒是不是衰老的*原因。 它也引起在體內自然產生的，如可溶性因子，細胞因子和激素的循環血液中的物質。 隨著年齡的增長，有變化，他們被釋放的方式，在我們的身體反應的能力。 這導致了細胞或整個器官的功能的惡化。 這是一個需要更詳細研究的另一個領域。 因此內源性物質的檢測在我們的血液，他們作為生物標志物，讓我們在一個器官或整個有機體的“年齡”的信息的潛力。

你從工作在你的論文得到哪些啟示？

在我的論文我用模擬人類的衰老過程的小鼠模型。 在這個系統中，信號蛋白質p53，激活的保護機制，作為短端粒的響應，是在腸上皮關閉。 p53的損失更迅速引起小鼠的年齡。 非功能性干細胞的遺傳改變依然存在，小鼠死亡越快。

因此，小鼠的壽命較短，但沒有腸道腫瘤。 事實上，我們發現，這是由于腸干細胞，這是必要的腸上皮定期再生的損失。 我們還發現，剩余的幾個干細胞試圖保存的腸上皮的功能常常表現出基因組的突變，從而導致故障的臟器。

為什么腸道你研究的重點，也就是說，你為什么選擇它為你的研究？

我們有幾個原因選擇腸道作為模型系統：

在我們使用端粒酶缺陷小鼠的老化模型，造血系統和腸內表現出*大的效應。 腸道的降低再生能力導致故障。腸道不再能夠吸收和利用的養分。 我們也知道干細胞在腸和哪些細胞類型它們分化成的位置。 此外，腸道具有良好，易于檢查結構，即一個強烈顯型。 干細胞分裂頻繁和分化可以沿著絨毛只要其**被觀察到。

為了研究p53在衰老過程中扮演的角色，我們希望在這些小鼠關閉p53蛋白。 如已經提到的，p53基因是參與大多數癌癥類型的發展。 在整個有機體鼠缺乏該蛋白導致淋巴瘤的發展，這使得p53在相當多的困難老化過程的檢查。 因為我們希望避免這種情況，我們使用了衰老模型與端粒酶缺陷小鼠，其中所述蛋白質p53是只在腸道切斷。

你認為你的發現將有助于新的研究，甚至治療方法有關組織老化或腫瘤的發展？

這些見解是衰老過程的理解至關重要的意義。 *重要的是發生了干細胞的內容：當沒有更多的p53，非功能性腸干細胞不再除去，失去其以形成一個完整的腸上皮的能力。 因此p53的功能是細胞屏障 - 它挑選出的非功能性干細胞，并防止兩個腫瘤發展和與非官能化分化的細胞的器官的再生。 有趣的是，p53的活性，在人的系統在一般情況下，這可能部分地解釋為增加腫瘤的發展，也為更明顯的老化過程而減小。 我們正在尋找一種方式來保持或增加p53的活性。 那將是有益的，如果我們可以降低改變了干細胞的數量，從而減緩所述組織的老化速率。 此，當然，也可以防止腫瘤的發展。 *重要的是它也應該保持器官功能更好的頂部和更長的時間。 我們的*終目標不是延長壽命本身，而是提高生活晚年的質量。 許多疾病如癡呆，肝硬化和關節疼痛是年齡相關的。 這自然是一件好事，如果我們能提高，使我們能與生活的高品質老去健康我們自己器官的再生能力。

為什么要使用激光顯微切割？

激光顯微切割可以得到能夠以分離的單細胞或特定的細胞類型的巨大優勢。 一種細胞培養由某些細胞類型的均勻群體。 然而，組織是由不同類型的細胞。 一個器官，因此主要由不同的分化的體細胞保持其特定的功能。特定于該器官的細胞只占整個器官的一個非常小的比例。 縱觀器官作為一個整體，他們是相當代表性不足。 研究特殊干細胞特異性的機制，我們可以使用激光顯微切割切出通過在組織特異性標記物可視化干細胞。 這是檢查這兩個定義的“干細胞庫”，并有針對性地分化細胞的*途徑。 我們現在可以顯示重要的信號級聯和蛋白質在干細胞或其它分化細胞群，準確地它們是如何調節。 激光顯微切割曾在這里開辟了**的途徑。

哪些功能的LMD體系你覺得特別有用嗎？

徠卡LMD系統的*有用的特征是細胞與激光器和利用重力向dissectate轉移到蓋的精確隔離。 該系統使我的工作和衛生及RNA- DNA酶無。 它確保樣品的快速，溫和的和無污染的隔離，同時正在操作方便精美。 觸摸屏是特別節省時間和方便。 與此工具我們可以直接標記和因為我們希望解剖某種類型的許多細胞。 我們也很喜歡蓋的控制功能，這使我們能夠檢查dissectate在微量離心杯，我們使用的預期蓋子。

還需要什么令人振奮的有關干細胞和衰老過程中的問題進行研究？

今后，單一的，特定的細胞群的研究 - 而不是完成組織 - 將獲得越來越多的重視。 細胞的干凈無污染隔離是重要這里。

應該提到的是，不僅存在的基因組的改變，即DNA序列的直接的修改，但也表觀遺傳變化。 這些不直接涉及的DNA的損失，但會導致錯誤的或不同的讀出的遺傳信息。

我們想研究和了解什么把一個小區劃分為干細胞或即使該DNA本身是始終不變的分化細胞。 還有一個非常需要研究扔光對這些機制：即表示在這個過程中，以及我們如何*終能控制細胞再生的蛋白質。 考慮慢性肝臟疾病如肝硬化，例如。 起初，肝臟是能夠取代垂死的肝細胞。 漸漸地，分化的肝細胞的再生能力被耗盡，并且形成更多的結締組織。 這些纖維化區域占據了肝細胞的空間，而不能執行它們的功能。 在這種情況下這將是一個優勢，不僅激活肝干細胞，還能激發他們進入生產肝細胞。

當然，重要的是我們要找出刺激干細胞需要分化成相應的細胞類型。 這不僅讓我們對衰老過程的重要信息。 我們也可以使用知識來治療慢性疾病。 

該工作組的分子腫瘤學系的哥廷根大學隊