Nøkkelmolekylet forklarer hvorfor bein svekkes med alderen
En første-i-sin-type studie avslører at når vi blir eldre, øker nivåene av et bestemt molekyl, noe som stiller et annet molekyl som skaper sunt bein. Det antyder også at korrigering av denne ubalansen kan forbedre beinhelsen, muligens tilby nye veier for behandling av osteoporose.
Osteoporose rammer rundt 200 millioner kvinner over hele verden.
En av tre kvinner og 1 av 5 menn i alderen 50 år og oppover antas å oppleve et beinbrudd i løpet av livet som et resultat av osteoporose.
I USA indikerer estimater at 44 millioner mennesker over 50 lever med tilstanden, noe som gjør det til et stort folkehelseproblem.
Ny forskning bringer oss nærmere forståelsen av prosessen som fører til nedbrytning av bein i osteoporose og til potensielle nye måter som tilstanden kan håndteres på.
Resultatene forklarer en nøkkel molekylær dynamikk som står for den progressive svakheten i beinene våre når vi blir eldre.
Sadanand Fulzele, en beinbiolog som arbeider ved Institutt for ortopedisk kirurgi ved Augusta University i Georgia, er en tilsvarende forsker og den siste forfatteren av den nye artikkelen, som ble publisert i Journal of Gerontology: Biological Sciences.
Zoom inn på en liten molekylær gjerningsmann
Dr. Fulzele og kollegaer forklarer prosessen med beindannelse - som starter med mesenkymale stamceller. Dette er stamceller som finnes i beinmargen vår, og som kan danne seg som brusk, bein eller fettet i benmargen.
En av faktorene som påvirker hvilken form disse cellene til slutt vil ta, er et signalmolekyl som kalles stromalcelle-avledet faktor (SDF-1).
Tidligere undersøkelser fra samme team hadde vist hvor viktig SDF-1 er for differensiering av mesenkymale stamceller til de forskjellige cellene som er avgjørende for beinhelsen.
Både in vitro- og in vivo-studier utført av forskerne viste nøkkelrollen til dette signalmolekylet for beindannelse. SDF-1 er også viktig for beinreparasjon og beskytter beinceller mot oksidativt stress, som er ubalansen mellom frie radikaler og antioksidanter i kroppen som til slutt fører til DNA-skade og sykdom.
Tidligere studier hadde også vist at SDF-1 nivåer gikk ned hos aldrende mus; så, i denne studien ønsket Dr. Fulzele og teamet å forstå nøyaktig hvordan nivåene av dette molekylet reguleres.
I noen av hans tidligere undersøkelser hadde Dr. Fulzele vist at et lite molekyl kalt microRNA-141-3p stopper vitamin C, en viktig antioksidant, i å nå bencellene våre.
Teamet visste allerede at molekylet kan stoppe mesenkymale stamceller fra å skille seg ut til andre celler, samt det faktum at microRNA-141-3p øker med alderen. Så, antok Dr. Fulzele og teamet at microRNA-141-3p senker SDF-1, og at dette er en av de viktigste måtene som dette lille molekylet stopper sunn beindannelse.
Gjenoppretter normal beinfunksjon til tross for alder
For å teste dette analyserte Dr. Fulzele og kollegaer mesenkymale celler fra både mennesker og mus. I unge celler fant de at nivåene av microRNA-141-3p var lave. Imidlertid hadde nivåene av dette molekylet tredoblet seg i gamle celler. Det motsatte gjaldt for SDF-1-nivåer.
Deretter injiserte forskerne microRNA-141-3p i mesenkymale stamceller hentet fra voksne i alderen 18–40, samt fra eldre i alderen 60–85 som hadde gjennomgått ortopedisk kirurgi.
Injisering av microRNA-141-3p gjorde at SDF-1-nivåene stupte og fikk stamcellene til å gjøre mer fett i stedet for beinceller. Forklar forskerne med alderen, og det blir lettere å lage fettceller i stedet for beinceller.
Teamet la også til microRNA-141-3p til beinceller, noe som forverret beinfunksjonen. Imidlertid forbedret benfunksjonen ved å bruke en microRNA-141-3p-hemmer.
Funnene, forklarer Dr. Fulzele, antyder at en dag ved å bruke en microRNA-141-3p-hemmer kan hjelpe stamceller å fortsette å skille seg ut i beinceller til tross for alder og tilstander som osteoporose.
Inhibitoren, sier Dr. Fulzele, “normaliserer beinfunksjonen. Vi tror [en] inhibitor av klinisk grad kan hjelpe oss med å gjøre det samme hos mennesker. "
“Hvis du er 20 år gammel og lager stor bein,” legger han til, “vil du fremdeles ha microRNA-141-3p i mesenkymale stamceller. Men når du er 81 og lager svakere bein, har du mye mer av det. "
"Du vil ha det liksom på det søte stedet," forklarer medforfattere studieforfatter Dr. William D. Hill, en stamcelleforsker fra Augusta University. Forskerne sier at de planlegger å flytte funnene sine til prekliniske modeller, der de ønsker å finne måter å gjenopprette sunne nivåer av microRNA-141-3p og SDF-1.
"Det vi prøver å gjøre er å slå det tilbake fra der [microRNA-141-3p] blir overuttrykt på grunn av faktorer som aldring og oksidativt stress og undertrykkelse av østrogen, og bringe det tilbake til et område som effektivt vil tillate mer normal beindannelse. ”
Dr. William D. Hill
"Vi har identifisert en rekke mikroRNAer som endrer seg i beinmargstamcellene med aldring, og vi går etter hver og en av disse for å forstå hvordan de fungerer," legger Dr. Hill til.
"Vi begynner å ta mer av en biologisk systemtilnærming, [hvor vi] ikke bare endrer ett målmolekyl, men ser på hvordan dette nettverket av molekyler endres med alder eller sykdom, og hvordan vi kan nå inn og [...] tilbakestille disse forskjellige veiene. ”
