Eine Zelle, atlas der alternden Lunge
Altern fördert die Lungenfunktion Niedergang und erhöht die Anfälligkeit für Erkrankungen der Atemwege. Um zu verstehen, diese Effekte im detail, die Forscher am Helmholtz Zentrum München, partner im deutschen Zentrum für lungenforschung (DZL), analysiert den Alterungsprozess der Lunge bei single-cell-level mit KI-Ansätzen. Sie haben jetzt präsentiert sich dieser Atlas der Alternden Lunge in „Nature Communications“.
Die Lunge ist ein äußerst Komplexes organ, in dem eine große Anzahl von sehr verschiedenen Zellen müssen zusammenarbeiten, um die normale Atmung und den Schutz gegen Infektionen. Wenn eine der menschlichen Lungen mit allen seinen Zweigen ausgebreitet war, auf dem Boden, es würde eine Fläche von etwa 70m2. Wenn man dann bedenkt, dass die Zellen nur wenige Tausendstel millimeter groß und bestehen aus über 40 verschiedenen, hoch spezialisierten Zelltypen, kann man beginnen zu verstehen, die Komplexität bei der Untersuchung von Prozessen, die die gesamte Lunge. Jedoch haben Fortschritte in der Technologie eröffnet neue Möglichkeiten in diesem Bereich für Wissenschaftler.
„Für die aktuelle Studie analysierten wir änderungen zwischen Jungen und Altern der Lunge nach unten, um die single-cell-level in einem präklinischen Modell“, erklärt Dr. Herbert Schiller. Er ist ein DZL young investigator group leader am Institute of Lung Biology und Erkrankungen am Helmholtz Zentrum München und führte die Studie zusammen mit Prof. Fabian Theis, Leiter des Instituts für Computational Biology. „Möglich wurde dies Dank der neuen single-cell-Analyse-Techniken. Wir waren dadurch in der Lage zu lokalisieren, gen-Aktivität in den einzelnen Lungenzellen und Schreibe es auf die Veränderungen im entsprechenden gen-Produkte, also die Proteine,“ Dr. Schiller erklärt. Um sinnvoll Sortieren und interpretieren, all diese Daten, das team stützte sich auf die KI-Ansätze: „Die schiere Masse der Daten ist schwer für den Menschen zu analysieren. Deshalb entwickeln wir algorithmen, die uns helfen zu erkennen die Struktur der Daten und die biologischen Regulierungen versteckt innerhalb es,“ Fabian Theis Noten.
Die Studie zeigte, dass mit zunehmendem Alter, die Gene in den Zellen nicht mehr brav in einer synchronisierten Weise. „Während in den jüngeren Lunge einer bestimmten Zelltyp wird die Kontrolle der gen-Aktivität sehr genau, die gen-Aktivität der älteren Lungen-Zellen, und somit auch Ihre Identität, ist weniger constant,“ Herbert Schiller, erläutert. Die Wissenschaftler arbeiten auf der Annahme, dass die Zellen verlieren epigenetische Kontrolle während des Alterungsprozesses, die Ergebnisse in verschiedener gen-Aktivitäten. Darüber hinaus zeigten Sie, dass bestimmte Stoffwechselwege in Lungen-Zellen veränderte sich mit zunehmendem Alter.
Aber Veränderungen treten auch außerhalb der Zellen: „Die Struktur der sogenannten extrazellulären matrix, mit anderen Worten, das Netzwerk der Proteine, die die Zellen umgebende – Veränderungen mit dem Alter,“ Schiller erklärt. „Dies kann, zum Beispiel, verändern die Zusammensetzung der Strukturproteine bekannt als Kollagenase.“ Die Wissenschaftler hoffen nun, die Zusammenarbeit mit Ihren internationalen Kollegen, um zu überprüfen, die Ergebnisse Ihrer aktuellen Studie in den menschlichen Körper. „Erkrankungen der Lunge Konto für jeden sechsten Tod weltweit,“ Herbert Schiller Noten. „Um dem entgegenzuwirken, müssen wir verstehen, wie die Lungen-Veränderungen im Laufe des Lebens und identifizieren Bereiche, in denen eine therapeutische intervention möglich ist.“
Die aktuelle Studie ist auch ein wegweisendes Projekt für die Menschliche Zelle-Atlas (HCA). Dies ist eine Art Google maps für den menschlichen Körper, von denen der Zweck ist die Tabelle alle Zellen und Gewebe zu unterschiedlichen Zeiten, um eine Referenz-Datenbank von normalen, gesunden Zustand, das verspricht enorme Bedeutung für die Entwicklung der personalisierten Medizin. Fabian Theis spielt eine führende Rolle in diesem, und Herbert Schiller konzentriert sich insbesondere auf Lungen-Problemen innerhalb der HCA-Konsortium und hat auch als co-Autor das entsprechende white paper für die Menschliche Zelle-Atlas. In der nächsten phase werden die relevanten Daten, die für menschliche Zellen gesammelt und integriert in das Projekt, um den Fortschritt in der Grundlagenforschung und der angewandten Forschung.