Erster Alterungs-Fliegen-Zellatlas enthüllt Alterungsmechanismen im Lebenszyklus von Drosophila

Alterung ist ein natürlicher Prozess im mehrzelligen Leben, und viele Phänotypen, die mit dem Altern verbunden sind, sind bei Säugetieren und anderen Tieren konserviert. Dieser Prozess erhöht das Risiko, verschiedene Krankheiten zu entwickeln, wie z. B. Herz-Kreislauf-Erkrankungen, neurodegenerative Erkrankungen und Krebs. Obwohl es eine lange Geschichte der altersbezogenen Forschung gibt und mehrere Alternshypothesen vorgeschlagen wurden, ist das Verständnis der Auswirkungen des Alterns auf die Zusammensetzung und den Erhalt verschiedener Zelltypen noch begrenzt. Es ist auch unklar, ob alle Zelltypen im gleichen Tempo altern oder ob das Transkriptom eines Zelltyps verwendet werden kann, um das Alter vorherzusagen. Darüber hinaus sind die Gene und Signalwege, die zur Seneszenz in verschiedenen Zelltypen führen, nicht vollständig verstanden.

Ein aktueller Artikel in Wissenschaft„Aging Fly Cell Atlas identifiziert umfassende Altersmerkmale auf zellulärer Ebene“, zeigt, dass Drosophila melanogaster Die Einzelkern-RNA-Sequenzierung wurde zu mehreren Zeitpunkten während des Lebenszyklus der Fliege durchgeführt. Der Artikel identifiziert umfassende Alterungsmerkmale auf zellulärer Ebene. Nach der Untersuchung von mehr als 850.000 Kernen aus 163 Zelltypen identifizierte das Team Veränderungen in der Genexpression und Zellzusammensetzung während des Alterns, entwickelte ein Modell der Alterungsuhr und bewertete die Alterungsrate verschiedener Zelltypen in Bezug auf vier Alterungsmerkmale. Der Atlas wird als wichtige Ressource für das Studium der grundlegenden Prinzipien des Alterns in komplexen Organismen dienen.

Warum Drosophila melanogaster?

Drosophila melanogaster spielt eine entscheidende Rolle bei der Weiterentwicklung der Bereiche Genetik, Neurobiologie, Entwicklung und Alterung. Die meisten der mit menschlichen Krankheiten assoziierten Gene (etwa 75 %) haben funktionell ähnliche Gegenstücke in Drosophila. Drosophila ist auch ein häufig verwendetes Modellorganismus für das Studium des Alterns, da es mehrere altersbedingte funktionale Veränderungen zeigt, die auch beim Menschen beobachtet werden, wie Rückgänge in der motorischen Aktivität, Lernen und Gedächtnis, Herzfunktion und Fruchtbarkeit. Ein umfassendes Verständnis der molekularen und genetischen Mechanismen des altersbedingten Rückgangs in Drosophila könnte wertvolle Einblicke für Alterungsstudien in dieser Art und anderen Organismen, einschließlich des Menschen, bieten.

Der Alterungsfliegenzellatlas

Fortschritte in der Einzelzell-RNA-Sequenzierungstechnologie und die Erstellung des Drosophila Cell Atlas (FCA) haben es ermöglicht, den Alterungsphänotyp von Drosophila auf Einzelzellebene. Aufbauend auf dem bestehenden FCA verwendete das Team RNA-Sequenzierung, um ein Einzelzell-Atlas von 5 Tage alten Erwachsenen zu erstellen. Drosophila und sequenzierten mehr als 868.000 Kerne aus 163 Zelltypen in den Kopf- und Körpergeweben von männlichen und weiblichen Fliegen im Alter von 30, 50 und 70 Tagen. Durch die Kombination dieser Daten erstellten die Forscher ein Atlas des Einzelkern-Transkriptoms der verschiedenen Lebenszyklen von Drosophila melanogaster, genannt das Aging Fly Cell Atlas (AFCA), das die Veränderungen in den meisten Geweben von männlichen und weiblichen Fliegen charakterisiert. Drosophila im Laufe ihres Lebens.

Zellatlas von Drosophila. (Lu et al., 2023)

Durch die Charakterisierung von 163 Zelltypen verglich das Team diese Zelltypen hinsichtlich altersbedingter Veränderungen der Genexpression, Veränderungen in der Zellzusammensetzung und gemeinsamer Signalwege, die mit dem Altern in Verbindung stehen. Zum Beispiel verschiedene Zelltypen in Drosophila alternativ altern, wobei jeder einen Prozess mit zellspezifischen Mustern durchläuft; das Neuroglobin-1-Gen, ein Marker für indirekte Flugmuskeln in Drosophilaunterliegt einem dramatischen Rückgang mit dem Alter. Das Team entwickelte auch ein Altersuhr-Modell, um vorherzusagen Drosophila Die Alterung aus mononukleären Transkriptomdaten, die darauf hindeutet, dass die Expression ribosomaler Gene ein konservierter Altersprädiktor ist. Darüber hinaus identifizierte die Studie einzigartige altersbedingte Muster, die spezifisch für Zelltypen sind, Unterschiede in der Anzahl der exprimierten Gene und Zelltypmerkmale während des Alterns, wobei verschiedene Zelltypen unterschiedlich von verschiedenen Altersmerkmalen betroffen sind.

Änderungen in der Zelltypzusammensetzung während des Alterns in Drosophila. (Lu et al., 2023)

AFCA bietet eine wichtige Ressource für das Studium des Alterns und altersbedingter Krankheiten, hat das Potenzial, als Referenz für das Altern des gesamten Organismus zu dienen, kann als Basis für die Erforschung verschiedener altersbedingter Krankheiten verwendet werden und hilft, auf zellulärer Ebene zu verstehen, wie verschiedene Langlebigkeitsstörungen die Lebensspanne verlängern können. Die Studie wird weitere Einblicke in Faktoren wie Ernährung, Medikamente und Krankheiten geben, die die Alterungsverläufe verändern können, wodurch Organismen 'jünger' oder 'älter' erscheinen als ihr tatsächliches Alter.

Referenz:

1. Lu, Tzu-Chiao, et al. "Aging Fly Cell Atlas identifiziert erschöpfende Altersmerkmale auf zellulärer Ebene." Wissenschaft 380.6650 (2023): eadg0934.