17. Januar 2024
LA JOLLA – Professor am Salk Institute Rusty Gage und Assistenzprofessor Pallav Kosuri haben von der W. M. Keck Foundation 1.3 Millionen US-Dollar erhalten, um eine neuartige Untersuchung darüber zu finanzieren, wie Gehirn- und Herzzellfunktionen im Laufe der Zeit aufgrund von Ribosubstitutionsereignissen abnehmen – zelluläre Reparatur von DNA-Schäden mit RNA-Bausteinen anstelle von DNA-Bausteinen. Der Preis kombiniert die biologische Entdeckung der Ribosubstitution, die von Jeff Jones, Senior Research Associate, in Gages Labor gemacht wurde, mit den technologischen Fortschritten, die der Postdoktorand Yuening Liu in Kosuris Labor etabliert hat. Die W. M. Keck Foundation wurde mit dem Ziel gegründet, durch die Unterstützung herausragender wissenschaftlicher, technischer und medizinischer Forschung weitreichende Vorteile für die Menschheit zu schaffen.
„Ich freue mich sehr, dass Rusty und Pallav und ihre Teams diese Auszeichnung von der Keck Foundation erhalten haben, um alternde Gehirn- und Herzzellen aus dieser neuartigen Perspektive zu untersuchen“, sagt Salk-Präsident Gerhard Joyce. „Da ich selbst RNA-Wissenschaftler bin, bin ich gespannt, wie sie den Zusammenhang zwischen der Ribosubstitution des Genoms und der Zellalterung aufklären.“
Einige Gewebe wie Haut, Knochen und Skelettmuskeln können sich regenerieren, um einem altersbedingten Verfall vorzubeugen. Doch lebenswichtige Organe wie Gehirn und Herz verlieren mit der Zeit irreversibel an Funktion. Ein möglicher Grund für diesen Rückgang ist die Spezialisierung von Herz- und Gehirnzellen. Sobald eine dieser lebenswichtigen Zellen anfängt, Blut zu pumpen oder Nachrichten an das Gehirn zu senden, kann sie sich keine Pause zur Verjüngung leisten. Und wenn diese Zellen lange genug ohne Pause auskommen, verlieren sie die Fähigkeit, überhaupt eine Pause einzulegen.
Die Aktivitätsunterbrechungen, auf die diese spezialisierten Herz- und Gehirnzellen verzichten, sind von grundlegender Bedeutung für die Zellregeneration und -replikation in anderen Organen wie Haut und Knochen. In diesen Pausen werden DNA-Bausteine verwendet, um beschädigte DNA zu reparieren und neue DNA zu erzeugen. Das Überspringen dieser Pausen bedeutet, dass DNA-Bausteine in spezialisierten Herz- und Gehirnzellen nicht so häufig verwendet werden, was dazu führt, dass diese Zellen die DNA-Produktion verringern. Entscheidend ist jedoch, dass die Häufigkeit der RNA-Bausteine gleich bleibt, da die Produktion von RNA für die alltäglichen Aktivitäten der Zellen notwendig ist – was dazu führt, dass in diesen spezialisierten Zellen mehr RNA-Bausteine als DNA-Bausteine vorhanden sind.
Aufgrund dieses Ungleichgewichts zwischen RNA und DNA kommt es zu Ribosubstitutionsereignissen: An DNA-Schadensstellen werden manchmal fälschlicherweise RNA-Bausteine anstelle von DNA-Bausteinen eingefügt. Ribosubstitutionsereignisse erhöhen das Risiko weiterer DNA-Schäden und destabilisieren letztendlich die DNA der Zelle. Das Einmischen von RNA-Basen in die DNA könnte auch die Art und Weise verändern, wie der DNA-Strang geformt und reguliert wird, obwohl die genaue Vorgehensweise noch nicht vollständig bekannt ist.
„Das Ungleichgewicht zwischen RNA und DNA in Neuronen und Kardiomyozyten erhöht die Wahrscheinlichkeit von Ribosubstitutionsereignissen, die die Integrität der DNA schwächen und – unserer Meinung nach – einen Teil der irreversiblen Schäden verursachen könnten, die wir im Laufe der Zeit im Herzen und im Gehirn beobachten.“ sagt Kosuri. „Mit Unterstützung der Keck Foundation freuen wir uns darauf, neue Technologien zu entwickeln, um die Auswirkungen der Ribosubstitution auf alternde Neuronen und Kardiomyozyten abzubilden.“
Die Salk-Forscher hoffen, dass die Untersuchung von Ribosubstitutionsereignissen das wissenschaftliche Verständnis darüber verbessern wird, wie menschliche Neuronen und Kardiomyozyten im Laufe der Zeit an Funktion verlieren. Sie planen, Ribosubstitutionsereignisse im gesamten menschlichen Leben mithilfe gespendeter Gewebeproben zu katalogisieren. Dies erreichen sie durch die Entwicklung einer eigenen Einzelzell-Sequenzierungstechnologie und die Umnutzung bestehender Kartierungsmethoden.
„Die Technologie, die wir entwickeln, und die Karte der Ribosubstitutionsereignisse, die wir erstellen, werden äußerst wertvolle Ressourcen sein, um unser Verständnis des Alterns voranzutreiben“, sagt Gage, der auch den Vi und John Adler-Lehrstuhl für Forschung zu altersbedingten neurodegenerativen Erkrankungen innehat. „Wir können sie nutzen.“ Die Ressourcen, die wir mit diesem großzügigen Preis der Keck Foundation entwickeln, um die gewebe-, zell- und genspezifischen Auswirkungen zu bestimmen, die Ribosubstitutionsereignisse auf den Alterungsprozess haben.“
Über das Salk Institute for Biological Studies:
Die Geheimnisse des Lebens selbst zu entschlüsseln, ist die treibende Kraft hinter dem Salk Institute. Unser Team aus erstklassigen, preisgekrönten Wissenschaftlern verschiebt die Grenzen des Wissens in Bereichen wie Neurowissenschaften, Krebsforschung, Alterung, Immunbiologie, Pflanzenbiologie, Computerbiologie und mehr. Das von Jonas Salk, dem Entwickler des ersten sicheren und wirksamen Polio-Impfstoffs, gegründete Institut ist eine unabhängige, gemeinnützige Forschungsorganisation und ein architektonisches Wahrzeichen: klein durch Wahl, intim von Natur aus und furchtlos angesichts jeder Herausforderung. Erfahren Sie mehr unter www.salk.edu.
Über die WM Keck Stiftung:
Die W. M. Keck Foundation mit Sitz in Los Angeles wurde 1954 vom verstorbenen W. M. Keck, dem Gründer der Superior Oil Company, gegründet. Die Fördermittel der Stiftung konzentrieren sich in erster Linie auf Pionierleistungen in den Bereichen medizinische Forschung sowie Wissenschaft und Technik. Die Stiftung unterstützt auch die Grundausbildung und unterhält ein Südkalifornien-Zuschussprogramm, das die Gemeinde von Los Angeles unterstützt, mit besonderem Schwerpunkt auf Kindern und Jugendlichen. Für weitere Informationen besuchen Sie www.wmkeck.org.
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