Åldrande är en förlust av information

Människan har länge drömt om att hejda åldrandeprocessen. Nu tycks denna dröm bli verklighet, åtminstone när det gäller vävnad i enskilda organ. Den 2 december meddelade forskare vid Harvard Medical School att de återställt synen hos möss genom att få ögonen att återgå till ett ungdomligt tillstånd.

Foto: Gerd Altmann / Pixabay

Celler i ett embryo kan reparera och regenerera sig själva, men i takt med åldrandet tappar cellerna den funktionaliteten. Forskarnas hypotes var att om celler kunde hitta tillbaka till det ungdomliga tillståndet skulle det gå att reparera skador, även i så komplex vävnad som i ett öga.

Åldrandets informationsteori

Enligt en ny teori om åldrande baserad på informationsteori, kan cellens DNA liknas vid en DVD-skiva. Med åren uppstår skador på DNA, vilket motsvarar repor och smuts på en DVD. Filmen brusar och hackar. Forskarna bakom studien tror att det går att tvätta DNA som man rengör en DVD. DNA är nämligen intakt. Det är mjukvaran - epigenomet - som ligger ovanpå skivan som ger upphov till brus. 

Epigenetik är läran om hur celler läser och uttrycker DNA. Eftersom DNA är identiskt i alla celler måste generna slås på och av för att cellen ska bli en lever- eller hudcell. Denna process sköts huvudsakligen av att DNA taggas med kemikalier (metylering).

Epigenomet är alltså den programkod som avgör celltyp. Det är denna epigenetiska mjukvara som bevarar cellens unika identitet så att en levercell inte plötsligt blir en hudcell när den delar sig. Det är en komplex process som övervakas av enzymer som ser till att DNA och dess taggar bibehåller kvaliteten.

DNA är hårdvaran. Epigenetiken mjukvaran. Bild: Gerd Altmann / Pixabay

Med tiden leder småskador på DNA till att cellens reparatörenzymer (exempelvis sirtuiner) blir överbelastade. En del reparatörer hittar inte tillbaka till sitt jobb, vilket medför att DNA sakta förlorar sitt ungdomliga mönster. En gen som ska aktiveras i en levercell kanske aktiveras i en hudcell. Cellerna tappar gradvis sin identitet. Hudcellen är inte längre 100 procent hudcell utan kanske 90 procent hud och 10 procent lever- och njurcell. Detta brus leder till sämre cellulär funktion. Du åldras.

Om det skulle gå att återställa DNA-koden inklusive det ursprungliga epigenomet, borde det gå att nollställa åldrandet på cellnivå.

Cellens säkerhetskopia

För att det ska fungera måste det finnas en säkerhetskopia. För datapaket som färdas på internet finns det protokoll (TCP/IP) som sköter det. Det är därför mail alltid kommer fram, vilket de inte gjorde i internets barndom. Data jämförs med en korrekt kopia tills mottagaren får rätt data. 

Grunden för internet och kanske också förklaringen till åldrande hittar man i Claude E. Shannons informationsteori från 1948. Hela studien finns här.

Alla celler har en säkerhetskopia i form av DNA. Du kan klona din gamla hund och få en identisk, ny, frisk hund. DNA åldras extremt långsamt. Det är inte den digitala informationen i DNA som åldras, utan den analoga epigenetiska mjukvaran. DNA kan kopieras om och om igen. Cellen är så försiktig att den använder kopior av sin DNA-kod när den tillverkar proteiner. Den ursprungliga DNA-koden ligger skyddad i cellkärnan.

Om kroppen är musiken är epigenetiken orkestern som spelar på DNA-instrumenten. Med åren blir en del orkestermedlemmar sjuka och det låter sämre, men instrumenten kan grävas upp efter tusentals år och fungera på nytt förutsatt att det finns en orkester som kan spela dem. I princip kan du gräva upp DNA från utdöda djur och ge dem liv på nytt.

Återställa synen

För att testa informationsteorin utformade studiens huvudförfattare, Yuancheng Lu, några experiment baserade på nobelpristagarens Shinya Yamanakas upptäckt av de så kallade yamanakafaktorerna. Det är gener som återställer cellernas embryonala tillstånd så att de kan utvecklas till olika typer av celler.

I nedre bilden har nervtråden växt in mot hjärnan. Bild från studie.

Med hjälp av dessa faktorer lyckades Lu och hans team återställa nervskador i musögon. Man lyckades dessutom återställa synen hos möss med en musvariant av glaukom. De handlade inte om att sakta ner sjukdomen, utan om att återställa ögat. Behandlingen gjorde det möjligt för de skadade nerverna att växa tillbaka in mot hjärnan. Det fungerade lika bra hos gamla möss med försvagad syn.

Gamla celler minns sin ungdom

Det tycks alltså som att gamla celler bär på ett minne av sin ungdom. Åldrande är i så fall en form av informationsförlust. Men hur ser mekanismen ut? Hur kan yamanakafaktorerna återställa cellernas ungdom? Hur vet de vilka taggar som är ungdomliga och inte? Om yamanakafaktorerna städade rent skulle resultatet bli blinda möss med tumörer, inte gamla möss med bättre syn. Det måste alltså finnas en säkerhetskopia som bevarar det ungdomliga epigenomen ungefär som TCP/IP håller koll datatrafiken på internet. Studien pekar framåt mot nya spännande experiment.

Det kommer sannolikt att ta många år och kräva många studier innan forskarna hittat en bråkdel av alla svar. Just nu ser man att det fungerar, syn som inte borde kunna återställas återställs och celler som inte borde växa växer. Forskarna räknar med att testa botemedlet mot glaukom inom två år på människor. Framtiden har aldrig varit så nära som nu.