Bislang sind nur wenige genetische und epigenetische Mechanismen des Alterns geklärt. Doch Forscher aus Peking haben nun mit einem genomweiten CRISPR-Cas9-basierten loss-of-function-Screening einen weiteren wichtigen Schritt zur Entschlüsselung des Alterns gemacht.
Als zelluläre Seneszenz bezeichnet man das biologische Phänomen, dass die meisten Zellen von Wirbeltieren nach einer bestimmten Zahl von Teilungen ihr Wachstum einstellen. Dieser Zustand konnte in jüngster Zeit als ein Schlüsselfaktor des Alterns identifiziert werden. Seneszente Zellen akkumulieren über die Zeit in Geweben, was auch zu altersbedingten Krankheiten wie der Steatosis hepatis oder der Arthrose beiträgt. Bislang konnten nur wenige genetische und epigenetische Mechanismen des Alterns identifiziert werden.
Doch Forscher aus Peking haben nun ein genomweites CRISPR-Cas9-basiertes loss-of-function-Screening in Stammzellen zweier Krankheitsmodelle, die mit einem beschleunigten Alterungsprozess assoziiert sind, durchgeführt. Dafür haben sie die Zellen mit rund 123.411 gepoolten sgRNAs, die auf 19.050 proteinkodierende Gene abzielen, sowie 1000 nicht-zielgerichteten sgRNAs transfiziert.
Etwa 4 Wochen nach der Transfektion konnten zunehmend verjüngte Zellklone beobachtet werden, die sich offensichtlich der vorzeitigen Seneszenz der krankheitsassoziierten Stammzellen entziehen konnten. Daraufhin sequenzierten die Forscher die sgRNAs der Zellklone, um zu sehen, welche entscheidend für diesen Vorgang waren. Dabei konnten über 100 potentiell Seneszenz-fördernde Gene mit den dazugehörigen sgRNAs identifiziert werden.
Anschließend transfizierten die Forscher erneut Zellen, diesmal individuell mit den Top 50 sgRNAs, um den Einfluss jedes einzelnen Gens zu untersuchen. Dabei konnte dem Knockout von KAT7 - einer Histonacetyltransferase - der größte Effekt zugeschrieben werden: Durch die Inaktivierung wurde die Histon-H3-Lysin-14-Acetylierung vermindert, die p15INK4b-Transkription unterdrückt und insgesamt die Seneszenz der Stammzellen abgemildert.
Um diesen Effekt weiter zu evaluieren wurden in vivo Experimente durchgeführt. Im Rahmen dessen injizierten die Forscher lentivirale Vektoren, die für Cas9/sg-KAT7 kodieren, intravenös in gealterte Wildtyp-Mäuse sowie Zmpste14-knockout Mäuse, die einen vorzeitigen Alterungsphänotyp aufweisen. Die Injektion resultierte in beiden Fällen in einer verringerten Hepatozyten-Seneszenz und damit verbundender Leberalterung sowie einer insgesamt verlängerten Lebensspanne der Tiere. KAT7 spielt also eine entscheidende Rolle bei der physiologischen Alterung und stellt damit auch eine potentielle Zielstruktur für Interventionen dar, die das Altern verzögern bzw. Krankheiten, die mit vorzeitigem Altern assoziiert sind behandeln könnten.
Textquelle: Wang et al. / Science Translational Medicine
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