Eine Einführung in die Alterung und Regeneration

Developmental Biology

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Summary

Gewebe werden durch ein Gleichgewicht der Zellalterung und Regeneration beibehalten. Altern bezieht sich auf den allmählichen Verlust der zellulären Funktion und Regeneration ist die Reparatur von beschädigtem Gewebe in der Regel durch bereits vorhandene Erwachsenen oder somatische Stammzellen vermittelt. Wissenschaftler interessieren sich für das Verständnis der biologischen Mechanismen hinter diesen beiden komplexen Prozessen. Auf diese Weise können Forscher möglicherweise verwenden somatische Stammzellen zur Behandlung von degenerativer Krankheiten und Therapien, die die Auswirkungen der Alterung verzögern könnte zu entwickeln.

In diesem Video stellen wir eine kurze Geschichte des Feldes des Alterns und der Regeneration, berühren, auf Beobachtungen im antiken Griechenland, als auch moderne Experimente. Einige der Fragen in diesem Bereich und die bekannte Methoden von Biologen um zu beantworten, werden dann untersucht. Zu guter Letzt schauen wir uns ein paar Experimente, die im heutigen Altern und Regeneration Forschungslabors durchgeführt.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Grundlagen der Entwicklung Biologie. Eine Einführung in die Alterung und Regeneration. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Biologen auf dem Gebiet der Hautalterung und Regeneration sollen die Mechanismen dieser beiden komplexe Prozesse zu verstehen, die bei Aufrechterhaltung der Homöostase Gewebe verwickelt sind.

Alterung oder "Seneszenz," beinhaltet Verschlechterung der Zellmorphologie und Verlust von Funktionen im Laufe der Zeit während der Regeneration auf Ersatz der veralteten oder beschädigten Zellen verweist. Das Gewebe in unserem Körper werden in einem empfindlichen Gleichgewicht zwischen Seneszenz und Regeneration beibehalten. Obwohl die meisten unserer Gewebe eine begrenzte Lebensdauer haben, haben einige von ihnen die Fähigkeit, nach einer Verletzung vollständig regenerieren.

Dieses Video wird kurz die Geschichte, die Hervorhebung der wichtigsten Entdeckungen auf dem Gebiet, einige wichtige Fragen, die derzeit, einige Tests verwendet wird, um diese Fragen, und ein paar spezifische Laboranwendungen dieser Konzepte untersucht werden.

Vor dem Gespräch über die aktuelle Experimente, werfen wir einen Blick auf einige der wichtigen Entdeckungen in der Geschichte der Alterung und Regeneration Forschung.

Die ersten Beobachtungen der Geweberegeneration ereignete sich um 350 v. Chr., als Aristotle darauf hingewiesen, dass Eidechsen waren in der Lage, ihren Schwänzen zu regenerieren, nachdem sie getrennt worden war.

Im 18. Jahrhundert Geweberegeneration wurde ein heißes Thema der Forschung und drei Wissenschaftler - R. A. Ferchault de Réaumur, Abraham Trembley und Lazzaro Spallanzani-unabhängig bzw. detaillierte Gewebe Regenerierung Studium der Krebse, Hydra und Molche, durchgeführt.

Mainstream-Wissenschaftler interessierte sich weniger in das Phänomen der Regeneration in den nächsten Jahren, aber in den frühen 1900er Jahren Interesse begann zu Ablagerungen im entsprechenden Feld des Alterns. Alexis Carrel, französischer Chirurg und Biologe, vorgeschlagen, dass Zellen in Kultur gezüchtet unsterblich waren und unbegrenzt teilen könnte. Jedoch könnten andere Wissenschaftler seine Ansprüche nicht replizieren.

Im Jahr 1961 Leonard Hayflick und Paul Moorhead gezeigt, dass, entgegen dem Carrel, normale Zellen in Kultur gezüchtet Division für eine begrenzte Anzahl von Zeiten, etwa 40 bis 60, durchlaufen nach dem betreten die Seneszenz-Phase. Dieses Phänomen der begrenzten Zellteilung wurde bekannt als die "Hayflick-Grenze."

Die ersten Hinweise auf einen Mechanismus für diese Grenze kam im Jahr 1973, als sowjetische Biologe Alexey Olovnikov erkannte, dass die DNA-Replikation-Maschinen nicht vollständig die Enden der Chromosomen, die Telomere genannt replizieren konnte. Er sagte voraus, die Existenz eines Mechanismus zur Länge der Telomere in gesunden und Krebszellen zu erhalten.

Später im Jahr 1984 entdeckt Elizabeth Blackburn, Carol Greider und Jack Szostak, dass dieser Mechanismus ein Enzym namens Telomerase beteiligt. Sie hat gezeigt, dass Telomerase verantwortlich für Zugabe von repetitiven Sequenzen an die 3'-Ende des Chromosoms, ist die DNA-Polymerase die Chromosomenenden vollständig repliziert dann erlauben würde. Blackburn, Greider und Szostak gemeinsam den Nobelpreis für diese Entdeckung im Jahr 2009.

Jetzt, wo wir einige der Entdeckungen im Zusammenhang mit Alterung und Regeneration überprüft haben, schauen Sie sich bitte an ein paar wichtige Fragen, die heute in das Feld gestellt.

Ist eine wichtige Frage untersucht: wie Zellen Altern? Eine vorherrschende Theorie der Zellalterung ist die freie Radikale Theorie genannt. Die Idee ist, dass wenn Zellorganellen Mitochondrien oxidative Atmung durchführen, bekannt als reaktive Sauerstoffspezies oder ROS, Nebenprodukte gebildet werden. Überproduktion von dieser Moleküle induziert oxidativen Stress, der die Funktion der Organellen wie Mitochondrien selbst und dem endoplasmatischen Retikulum, verändert und auch Schäden an der Kern-DNA entstehen. Wissenschaftler sind entdecken die Mechanismen hinter diesen Ereignissen interessiert.

Eine andere Frage, die gestellt wird ist: Was sind die physiologischen und ökologischen Faktoren, die die Lebensdauer eines Organismus? Einige Forscher versuchen, die Auswirkungen von Veränderungen der Umwelt, zum Beispiel kalorische Restriktion auf Lebensdauer eines Organismus zu analysieren. Andere Forscher interessieren sich für die Identifizierung von Genen und biochemische Stoffwechselwege, die den Prozess des Alterns zu regulieren.

Zu guter Letzt versuchen Wissenschaftler auch zu verstehen, wie Gewebe spontane Regeneration nach Verletzung unterziehen. Spezielle Zellen, die sogenannten adulten Stammzellen haben gefunden worden, um in diesem Prozess dienlich sein, und einige Forscher sind neugierig auf die Dynamik dieser Zellen nach Verletzung. Aus klinischer Sicht interessiert Wissenschaftler untersuchen, wie diese Zellen in Therapien für degenerative Erkrankungen eingesetzt werden können.

Nun, da Sie wissen, dass einige der Fragen auf dem Gebiet, betrachten wir verschiedene Recherche-Tools, die Wissenschaftler beschäftigen, um diese Fragen zu beantworten.

Eine der Möglichkeiten, Zellen Alter zu messen ist durch die Bestimmung der Telomer-Länge und Telomerase-Aktivität. Diese beiden Parameter können mittels Polymerase-Kettenreaktion oder PCR gemessen werden.

Wissenschaftler untersuchen auch die etablierten Marker der alternde Zellen, wie β-Galaktosidase. Dies kann erfolgen durch Färbung der Zellen mit biochemischen Tests und unter dem Mikroskop zu beobachten.

Für die Untersuchung der Faktoren, die die Lebensdauer des Organismus, verwenden Wissenschaftler oft Wirbellosen Modellorganismen wie Würmer oder fliegen. Die Vorteile mit diesen Modellen Organismen sind ihre relativ kurzen Generationszeiten und ihre Fähigkeit, in einfachen Labor-Setups angebaut werden. Darüber hinaus können genetische Manipulationen einfach in diesen Organismen durchgeführt werden die Wissenschaftler untersuchen die Rolle der Gene in den Prozess der Alterung und Langlebigkeit zu helfen.

Schließlich kann die Rolle der adulten Stammzellen im Geweberegeneration mit verschiedene Ansätze untersucht werden. Zum Beispiel können Wissenschaftler adulten Stammzellen im Zielgewebe mit speziellen Markern beschriften diese Zellen als Gewebe regeneriert verfolgen können. Manchmal Spritzen Forscher direkt diese multipotenten Stammzellen in das geschädigte Gewebe, ihre Rolle bei der Reparatur nach Verletzung zu studieren.

Da Sie jetzt wissen einige der Methoden auf dem Gebiet des Alterns und Geweberegeneration, schauen Sie sich bitte an ein paar spezifische Anwendungen dieser Methoden.

Der Fadenwurm Caenorhabditis Elegans als Screening-Plattform wurde zur Gen-Mutationen zu identifizieren, die Lebensdauer verlängern kann. Hier, nach Alter Synchronisation mit Hilfe eines zeitgesteuerten Eiablage Protokolls analysierten die Wissenschaftler die Wirkung einer Gen-Mutation auf Lebensdauer eines Organismus.

Um die Mechanismen der Geweberegeneration zu studieren, gibt es viele Modelle, die anfänglichen Verletzung gefolgt von Analyse der regenerative Mechanismen beinhalten. In diesem Beispiel untersuchten Wissenschaftler Geweberegeneration nach Ablation von der Seitenlinie, eine sensorische Schlüsselkomponente des peripheren Nervensystems Zebrafisch.

Wissenschaftler behandelt um Ablation zu induzieren, Fisch mit Gentamicin. Nach dem designierten Wiederherstellungs-Mal wurden die Fische in die lebenswichtigen Fluoreszenzfarbstoff-Lösung gegossen, die neurale Stammzellen Flecken. Diese Zellen befleckt waren dann quantifiziert mit Fluoreszenz-Mikroskopie.

Zu guter Letzt Spritzen Forscher oft adulten Stammzellen zur Reparatur des beschädigten Gewebes induzieren. Hier verwendeten die Wissenschaftler multipotenten Stammzellen zur Regeneration der beschädigten Muskelgewebe zu induzieren. Um das zu tun, erzeugt Wissenschaftler Mausmodelle mit beschädigten Hind Gliedmaßen Muskeln. Dann wurden multipotenten Stammzellen direkt in die beschädigten Muskeln injiziert. Nach Injektion erhielten die Zellen Zeit zu vermehren und zu differenzieren und ihren Beitrag zur funktionalen Verbesserung wurde analysiert.

Sie sah nur Jupiters Einführung in das Feld des Alterns und der Regeneration. Dieses Video historische Höhepunkte des Feldes überprüft, einige wichtigen Fragen gestellt von Biologen, ein paar prominente Assays zur Beantwortung dieser Fragen und aktuelle Experimente um zu verstehen, die Biologie der Seneszenz und Regeneration verwendet wird. Wie immer vielen Dank für das ansehen!

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