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#1 Epigenetisches Reprogramming mit Kernrezeptoren von Prometheus 10.06.2020 12:28

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Wir wissen, dass sich alte Zellen wieder in junge Stammzellen umprogrammieren lassen.
Die 4 hierfür benötigten Transkriptionsfaktoren sind Oct4, Sox2, Klf4, und c-Myc.

Bei der Umprogrammierung werden die epigenetischen Methylierungsmuster, die das Zellalter kodieren gelöscht und die Zelle ist wieder jung.

Die große Frage ist, mit welche Werkzeugen wir arbeiten können, um das Methylierungsmuster "Alt" zu löschen und die Zelle ohne den Umweg über die Stammzelle direkt in den jungen Zustand bringen können.

These: Das epigenetische "Altersmuster" lässt sich auch löschen, ohne dabei direkt alle Differenzierungsmerkmale der Zelle mitzulöschen.

Eine Möglichkeit besteht darin, die Transkriptionsfaktoren nur kurzfristig anzuschalten. Die Methode funktioniert im Tierexperiment bereits.

Kann man alternativ die erforderlichen Siganle auch über Kernrezeptoren in Gang setzen?


Zitat
Among these four factors, Oct4 is critical in inducing pluripotency because no transcription factor can substitute for Oct4, whereas Sox2, Klf4, and c-Myc can be replaced by other factors. Here we show that the orphan nuclear receptor Nr5a2 (also known as Lrh-1) can replace Oct4 in the derivation of iPSCs from mouse somatic cells, and it can also enhance reprogramming efficiency.


Regulation of the Oct-4 gene by nuclear receptors.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC307908/



Oct-4 ist maßgeblich an der Reprogrammierung beteiligt und kann durch Lrh-1 ersetzt werden

Somit sollten wir (unter anderem) nach Hormonen suchen, die die Lrh-1/SHP-Achse ansprechen.

#2 RE: Epigenetisches Reprogramming mit Kernrezeptoren von Joker 10.06.2020 13:01

Danke für die Eröffnung des Themas.

Den Titel finde ich gut gewählt, denn das genau ist der Focus, den ich auch als zielführend ansehe.

Ich schreibe später mehr dazu. Vorweg wollte ich noch einmal auf die Transkriptionsfaktoren eingehen. Oct4 und Sox2 sollten genügen.

Es wurden Fibroblasten nur durch OCT4 und SOX2 in induzierte pluripotente Stammzellen umgewandelt:

Induction of pluripotent stem cells from primary human fibroblasts with only Oct4 and Sox2

Zitat
Here we report that valproic acid (VPA), a histone deacetylase inhibitor, enables reprogramming of primary human fibroblasts with only two factors, Oct4 and Sox2, without the need for the oncogenes c-Myc or Klf4.



Ok, ein HDAC-Inhibitor (Valproinsäure) war noch dabei, eigentlich easy. Alpha-Liponsäure könnte das evtl. auch!

Auf Klf4 und c-Myc verzichten wir wegen der Krebsgefahr.

Also entweder
- Oct4
oder
- Oct4 + Sox2
(Natürlich weiß ich auch, dass Sox2 nicht ohne Risiken ist. Meinetwegen erst einmal Sox2 weglassen, obwohl es ja ohnehin nur eine rein theoretische Diskussion ist.)

mittels Zellkernhormonen oder anderen rezeptoraktiven Substanzen kurzfristig anzuregen, das wäre grundsätzlich eine interessante Idee.

#3 RE: Epigenetisches Reprogramming mit Kernrezeptoren von Prometheus 10.06.2020 14:11

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Wenn Oct4 nur kurzfristig aktiviert werden darf, wie schaltet man Oct4 wieder ab?

Hier ein möglicher Ansatz:

Oct4 kann über den Kernrezeptor GCNF abgeschaltet werden!
Der Kernrezeptor GCNF lässt sich beispielsweise mit Vitamin A-Metaboliten (retinoic acid) anschalten:


Orphan Nuclear Receptor GCNF Is Required for the Repression of Pluripotency Genes During Retinoic Acid-Induced Embryonic Stem Cell Differentiation
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16166633/

#4 RE: Epigenetisches Reprogramming mit Kernrezeptoren von Joker 10.06.2020 14:40

Notiz:

Dasatinib als Ersatz für SOX2

Reprogramming with Small Molecules instead of Exogenous Transcription Factors


Dann fehlt ja tatsächlich nur noch das Oct4!

#5 RE: Epigenetisches Reprogramming mit Kernrezeptoren von Joker 10.06.2020 14:43

Forskolin?

#6 RE: Epigenetisches Reprogramming mit Kernrezeptoren von Joker 10.06.2020 14:54

Zitat von Joker im Beitrag #5
Forskolin?


Forskolin simuliert ja nur das MSH, welches ja nur ein Hormon für einen Membranhormonrezeptor ist, kein Zellkernrezeptor.

Kann also eigentlich nicht sein!

Da muss es noch etwas direkteres geben. Wir müssen direkt an den Kern ran!

#7 RE: Epigenetisches Reprogramming mit Kernrezeptoren von Prometheus 10.06.2020 15:00

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Luteolin und Apigenin!

Effect of Luteolin and Apigenin on the Expression of Oct-4, Sox2, and c-Myc in Dental Pulp Cells with In Vitro Culture
https://www.hindawi.com/journals/bmri/2015/534952/

Wirkung über den Kernrezeptor NFATc1:

Luteolin and Apigenin Activate the Oct-4/Sox2 Signal via NFATc1 in Human Periodontal Ligament Cells
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27449921/

#8 RE: Epigenetisches Reprogramming mit Kernrezeptoren von Joker 10.06.2020 15:14

Zitat von Prometheus im Beitrag #7

Wirkung über den Kernrezeptor NFATc1:

Luteolin and Apigenin Activate the Oct-4/Sox2 Signal via NFATc1 in Human Periodontal Ligament Cells
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27449921/




Schöner Fund, aber mir bleiben Zweifel.

Einerseits schlucken hier ja viele schon seit Jahren Apigenin oder Luteolin ohne dass ein Reprogramming Effekt bemerkt worden wäre.

Andererseits steht hier, dass der Rezeptor für das Immunsystem/T-Zellen wäre:
https://en.wikipedia.org/wiki/NFATC1

Zitat
This complex consists of at least two components: a preexisting cytosolic component that translocates to the nucleus upon T cell receptor (TCR) stimulation, and an inducible nuclear component.




Spielt das überhaupt in allen Zellen eine Rolle? Oder nur für ganz bestimmte Zellen wie z.B. T-Zellen?

#9 RE: Epigenetisches Reprogramming mit Kernrezeptoren von Prometheus 10.06.2020 15:28

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Zumindest die Richtung stimmt:

Apigenin Extends Lifespan And Improves The Activity Pattern Of Parkinson's Disease Model Flies
https://www.researchgate.net/publication...rn_Of_Parkinson's_Disease_Model_Flies


Siehe auch hier:
Apigenin


Auch für Luteolin gibt es ein paar Daten:

The Evaluation of Geroprotective Effects of Selected Flavonoids in Drosophila melanogaster and Caenorhabditis elegans
https://www.frontiersin.org/articles/10....l?report=reader


Zitat
Einerseits schlucken hier ja viele schon seit Jahren Apigenin oder Luteolin ohne dass ein Reprogramming Effekt bemerkt worden wäre.


Guter Einwand.

-Wird eine zur Oct4-Aktivierung notwendige Dosis in Zellkern überhaupt durch Nahrungsergänzungen erreicht?
-Wird Oct4 im richtigen Zeitfenster aktiviert?
-Wenn in der Zelle ein Effekt auftritt, wie macht sich dieser Effekt für das bloße Auge bemerkbar (welche objektiven Messparameter haben wir klinisch?)


Zitat
Andererseits steht hier, dass der Rezeptor für das Immunsystem/T-Zellen wäre:
https://en.wikipedia.org/wiki/NFATC1




-Das Gen wird in nahezu allen Geweben in verschiedenen Spleißvarianten transkribiert: https://www.proteinatlas.org/ENSG0000013...TC1/summary/rna
-Allerdings ist das aktive Protein im Zellkern fast nur in Immunzellen zu finden.



Was schließen wir daraus? Würdest du erwarten, dass NFATC1 auch ohne Reprogrammierung kontinuierlich in allen Zellen aktiv ist? Vermutlich nicht...

#10 RE: Epigenetisches Reprogramming mit Kernrezeptoren von Joker 10.06.2020 15:48

Ja klar, ich zweifle nicht an der Wirksamkeit der Substanzen.

Die Frage ist welcher Mechanismus ist verantwortlich.

Bei Luteolin wurde z.B. eine Wirksamkeit gegen Glycierung und gegen Inflamm-Aging festgestellt

Luteolin Reduces Lipopolysaccharide-Induced Lethal Toxicity and Expression of Proinflammatory Molecules in Mice


P.S. Ich will deine Theorie auch nicht komplett in Zweifel ziehen. Jedenfalls - wenn Luteolin und Apigenin diese epigenetische Wirkung haben sollte - dann habe ich bisher zu wenig davon genommen.

#11 RE: Epigenetisches Reprogramming mit Kernrezeptoren von Prometheus 12.06.2020 16:41

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PPAR-Gamma-Agonisten:

Differentiation Potential and Profile of Nuclear Receptor Expression During Expanded Culture of Human Adipose Tissue-Derived Stem Cells Reveals PPARγ as an Important Regulator of Oct4 Expression
https://www.liebertpub.com/doi/abs/10.1089/scd.2013.0137

Spontan würden mir da Pioglitatzon und Ibuprofen einfallen. Müsste aber noch weiter recherchiert werden!

#12 RE: Epigenetisches Reprogramming mit Kernrezeptoren von Joker 14.06.2020 11:06

Jetzt bin ich mal gespannt, was du zu diesem Netzfund vom Nachbarforum Longecity sagst:

Quality of induced pluripotent stem cells is dramatically enhanced by omitting what was thought to be the most crucial reprogramming factor.

Zitat
Oct4 is not only unnecessary but damaging during generation of mouse induced pluripotent stem cells (iPSCs).



Spannende, auch für mich neue Erkenntnis: Wir lassen das Oct4 weg!

@Prometheus Ich frage mich, ob du genauso sprachlos bist, wie ich gerade.

#13 RE: Epigenetisches Reprogramming mit Kernrezeptoren von Prometheus 14.06.2020 23:39

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Ich denke nicht, dass sich durch diese Publikation etwas an unserem Kurs ändert!

Warum?
Unsere Zielsetzung unterscheidet sich drastisch von in dem Ziel, pluripotente Stammzellen zu generieren!

Wir wollen ja lediglich die epigenetischen Altersmarkierungen entfernen, aber die epigenetische Zelldifferenzierung wollen wir im Idealfall unangetastet lassen!

Wenn man mit den drei anderen Faktoren eine differenzierte Zelle auf direktem Weg in eine pluripotente Stammzelle überführen kann, ist das genau das, was wir NICHT WOLLEN!

Ganz anschaulich ist hierfür das Grafical Abstract der Studie:


Bei dem langsamen Oct4-Weg haben wir eher die Chance, den Weg zur Pluripotenz rechtzeitig zu stoppen!

Voraussetzung für meine These ist jedoch, dass die Altersmarkierungen leichter auszuradieren sind als die vergleichsweise robuste Epigenetik, die für die Zelldifferenzierung verantwortlich ist!

Falls es gelingt auch ohne Oct4 gezielt nur die Altersmarkierungen zu löschen, soll mir das aber auch recht sein! Das wurde bisher meines Wissens noch nicht getestet...

#14 RE: Epigenetisches Reprogramming mit Kernrezeptoren von Joker 25.06.2020 13:36

Ich habe viel drüber nachgedacht, welches der richtige Weg ist, SKM oder OSKM, bin aber noch zu keinem Ergebnis gekommen.

Pluripotente Stammzellen würde wir auch benötigen, aber nur in kleinen Mengen. Für Reparaturen.

Andererseits gebe ich dir vollkommen Recht, dass wir eher, was die große Menge der Zellen betrifft, teilweises Reprogramming wollen. Zu viele iPS sind nicht gut.

Die Frage ist, wie können wir bei OSKM die festgestellten "aberrant changes" vermeiden oder zumindest sicherstellen, dass sie sich nicht schädlich in Form von Krebs auswirken?

#15 RE: Epigenetisches Reprogramming mit Kernrezeptoren von Prometheus 25.06.2020 13:46

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Im Prinzip habe ich überhaupt nichts gegen den SKM-Signalweg.
Aber warum drei Kernrezeptoren simultan ansteuern wollen, wenn bereits ein einzelner (Oct4) auch ausreichend ist? Keep it simple...

Die große Frage ist, ob die Transdifferenzierung in Richtung Ektoderm VOR oder NACH der Löschung der epigenetischen Altersmarkierungen stattfindet. Im ersteren Fall wäre OCT4 definitiv raus.

Eine andere Frage ist, ob man eine saubere Reprogrammierung überhaupt mit Medikamenten bzw. Wirkstoffen hinbekommt, oder ob man dafür schon biotechnologische Vektoren benötigt.

#16 RE: Epigenetisches Reprogramming mit Kernrezeptoren von Joker 25.06.2020 14:05

Zitat
der Löschung der epigenetischen Altersmarkierungen stattfindet




Was meinst du mit den Alterungsmarkierungen?

Hast du da an bestimmte Regionen im Genom gedacht?

Weil ich bin bisher nicht davon ausgegangen, dass es spezifische Alterungsmarkierungen gibt. Meine Vorstellung war, dass die Funktionen eher abgeschaltet werden durch den Sicherheitsmechanismus der Hypermethylierung der CpG-Inseln, dies aber überwiegend zufällig geschieht. Könnte aber natürlich auch sein, dass nur bestimmte Regionen gezielt abgeschaltet werden.

#17 RE: Epigenetisches Reprogramming mit Kernrezeptoren von Prometheus 25.06.2020 14:13

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Ich gehe davon aus, dass während der epigenetischen Alterung zwar eine Vielzahl von CpG-Inseln betroffen sind, aber dass nur wenige davon wirklich "Taktgebend" sind.
Siehe z.B. meinen Post vor einem halben Jahrzeht...

Die epigenetische Altersuhr (2)

#18 RE: Epigenetisches Reprogramming mit Kernrezeptoren von Joker 25.06.2020 14:33

Ja, ok!

Das ist aber nur die Altersbestimmung. Diese 3 Regionen reichen zur forensischen Altersbestimmung. D.h. wir könnten durch eine Messung an uns selbst feststellen lassen, ob eine neu entwickelte Methode der epigenetischen Reprogrammierung funktioniert. Das ist sicher ein sehr nützlicher Test, wenn man ihn konsequent vorher und nachher durchführt.

Du gehst aber einen Schritt weiter und denkst, dass diese 3 Regionen nicht nur hervorragende Indikatoren zum Messen des epigenetischen Alters sind, da sie linear korrelieren, sondern auch das epigenetische Alter der Zelle selbst beeinflussen. Also wenn man die Alterungsmarker entfernt, verschwindet auch das Alter. Habe ich das in etwa richtig wiedergegeben?

#19 RE: Epigenetisches Reprogramming mit Kernrezeptoren von Prometheus 25.06.2020 15:03

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Ja, grob zusammengefasst sehe ich das so.

1)Es gibt sicherlich rein zufällige epigenetische Abberationen.
2)Es gibt sicherlich kompensatorische epigenetische Veränderungen
3)Es gibt sicherlich epigenetische Veränderungen, die als Schalter für das sensezente Verhalten von Zellen verantwortlich sind.

Das Problem beim Alterungs-Methylom ist, das 3) vom Hintergrundrauschen von 1) und 2) überlagert wird.
Wir wissen daher zum Beispiel noch nicht genau, welche CpG-Methylierungen konkret den Takt angeben - Das müssen natürlich nicht zwingend die in#17 erwähnten Regionen sein.

Ich gehe aber davon aus, dass die CpG-Methylierungen die das Alter bestimmen, logischerweise auch in den verschiedenen epigenetischen Altersmessungen auftauchen müssen!
Umgekehrt werden aber nicht alle Methylierungen, die hochsignifikant mit dem chronologischen Alter verknüpft sind, auch tatsächlich kausal an dem Alters-Phänotyp beteiligt sein.

#20 RE: Epigenetisches Reprogramming mit Kernrezeptoren von Joker 25.06.2020 15:23

Ok, das Ganze klingt schon einleuchtend!

Zitat von Prometheus im Beitrag #19
3)Es gibt sicherlich epigenetische Veränderungen, die als Schalter für das sensezente Verhalten von Zellen verantwortlich sind.


Also nehmen wir an, das Einsetzen der Seneszenz ist ein epigenetischer Schalter. Dieser Schalter würde ab einer bestimmten Telomerlänge angeschaltet (oder Nichtseneszenz abgeschaltet, im Prinzip ist es ja egal wie rum man das sieht). So jedenfalls auch meine Theorie.

Also man schaltet die Zellen wieder von Seneszenz auf Normal, so dass sie sich im jugendlichen Tempo teilen. Stirbt man dann nicht schneller, weil die Telomere dann auch schneller final aufgebraucht sind?

Würden denn unsere uns heute zur Verfügung stehenden Telomeraseaktivatoren überhaupt ausreichen, um diese wieder einsetzende schnelle Zellteilung zu bewältigen?


Sorry für die langwierige Grundsatzdiskussion, aber ich finde es schon wichtig, zuerst zu bestimmen, wo man hin will.

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