身体は実際にどのように老化するのか: 21 の臓器にマッピングされた 700 万個の細胞

で発表された新しい研究 科学 そのプロセスを前例のない視点で見ることができます。ロックフェラー大学の研究者は、老化が 21 の哺乳類組織にわたる数千の細胞サブタイプにどのような影響を与えるかについて、これまでで最も詳細なアトラスを作成しました。研究チームは、3つの異なる年齢のマウスから採取した約700万個の個々の細胞を調べることで、時間の経過とともにどの細胞が最も脆弱になるのか、またどのような要因が細胞の減少を引き起こしているのかを特定した。

「私たちの目標は、加齢に伴って何が変化するのかだけでなく、なぜ変化するのかを理解することでした」と単細胞ゲノミクスおよび集団動態研究室を率いるJunyue Cao氏は言う。 「細胞と分子の両方の変化をマッピングすることで、老化の原因を特定することができます。これにより、老化プロセスそのものを標的とした介入への扉が開かれます。」

最も驚くべき発見の 1 つは、加齢に伴う多くの変化が複数の臓器にわたって同期して発生するということでした。研究者らはまた、これらの変化のほぼ半分が男性と女性で異なることも発見した。

21の臓器にわたる大規模な細胞調査

このスケールで老化をマッピングするために、大学院生のZiyu Lu氏が率いるCao氏のチームは、単一細胞ATAC-seqとして知られる手法を改良した。このアプローチは、DNA が各細胞内でどのようにパッケージ化されているかを調べ、ゲノムのどの領域がアクセス可能で活性であるかを明らかにし、細胞の状態と機能の重要な指標となります。

研究者らは、この技術を、生後1カ月（若年）、5カ月（中年）、21カ月（高齢）の3つの年齢の32匹のマウスの21の臓器から採取した数百万個の個々の細胞に適用した。

「注目すべき点は、このアトラス全体が 1 人の大学院生によって作成されたということです」と Cao 氏は言います。 「このような大規模なアトラスのほとんどは、数十の研究室からなる大規模なコンソーシアムを必要としますが、私たちの方法は他のアプローチよりもはるかに効率的です。」

研究室では、これまで完全には説明されていなかった多くの希少なグループを含む、合計 1,800 以上の異なる細胞サブタイプを特定しました。次に研究チームは、マウスが若年期から中年期、そして老年期へと移行するにつれて、これらの細胞の数がどのように変化するかを追跡した。

初期の調整された細胞シフト

科学者たちは何十年もの間、老化によって主に細胞の機能が変化するのであって、それぞれの種類がどれだけ存在するかではないと信じていた。この新しい分析は、その見方に疑問を投げかけます。すべての細胞タイプの約 4 分の 1 で、時間の経過とともに存在量に大きな変化が見られました。特定の筋肉細胞と腎臓細胞の数は急激に減少しましたが、免疫細胞は大幅に増加しました。

「システムは私たちが想像していたよりもはるかに動的です」と Cao 氏は言います。 「そして、これらの変化の一部は、驚くほど早くから始まります。生後5か月までに、一部の細胞数はすでに減少し始めていました。これは、老化が単に人生の後半に起こるものではなく、進行中の発達プロセスの継続であることを示しています。」

同様に驚くべきことは、これらの変化がどれほど同期していたかということです。同様の細胞状態が、さまざまな臓器にわたって一緒に上昇したり下降したりしました。このパターンは、共有シグナル、おそらく血流中を循環する因子が、体全体の老化を調整するのに役立っていることを示唆しています。

この研究では、男性と女性の間の顕著な違いも明らかになりました。加齢に伴う変化の約 40% は性別によって大きく異なります。たとえば、女性は加齢に伴ってより広範な免疫活性化を示しました。

「これが女性の自己免疫疾患の有病率の高さを説明できる可能性がある」と曹氏は推測する。

遺伝的ホットスポットと将来のアンチエイジング療法

研究者らは、細胞集団がどのように変化したかを数えるだけでなく、それらの細胞内でアクセス可能な DNA 領域が時間の経過とともにどのように変化したかを調べた。分析された130万のゲノム領域のうち、約30万領域で重大な老化に関連した変化が見られた。そのうち約 1,000 個の変化がさまざまな種類の細胞に現れており、共通の生物学的プログラムが体全体の老化を促進しているという考えが強化されました。これらの共有領域の多くは、免疫機能、炎症、または幹細胞の維持に関連していました。

「これは、老化が単なるランダムなゲノムの崩壊であるという考えに疑問を投げかけるものです」と曹氏は言う。 「その代わりに、特に脆弱な規制ホットスポットが特定されており、高齢化プロセスの原因を理解したいのであれば、まさにこれらの地域を研究すべきである。」

研究チームがその発見を以前の研究と比較したところ、サイトカインと呼ばれる免疫シグナル伝達分子が、老化時に観察されるのと同じ細胞変化の多くを引き起こす可能性があることを発見した。 Cao氏は、これらのサイトカインを調整するように設計された薬剤が複数の臓器にわたる協調的な老化プロセスを遅らせる可能性があると示唆している。

「これは本当に出発点です」と曹氏は言う。 「脆弱な細胞タイプと分子のホットスポットを特定しました。次の問題は、これらの特定の老化プロセスをターゲットにした介入を開発できるかどうかです。私たちの研究室はすでに次のステップに取り組んでいます。」

完全な古いアトラスは、次の場所で一般公開されています。 エピアージュ.net。