DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114073
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38578825
تاريخ النشر: 2024-04-01
المؤلف: Charlotte E. Moss وآخرون
الموضوع الرئيسي: الخلايا المناعية في السرطان
نظرة عامة
تستكشف هذه القسم من ورقة البحث الانخفاض المرتبط بالعمر في وظيفة البلعميات المشتقة من أحادية النواة البشرية (MDMs)، مع تسليط الضوء على الانخفاض الكبير في البلعمة، والهجرة، والكيمياء الحيوية في MDMs من المتبرعين الأكبر سناً (أكثر من 50 عاماً) مقارنة بالمتبرعين الأصغر سناً (18-30 عاماً). تحدد الدراسة انخفاض تنظيم عوامل النسخ MYC و USF1 في MDMs الأكبر سناً، مما يتوافق مع العجز الوظيفي الملحوظ.
أدى خفض التعبير التجريبي لـ MYC أو USF1 في MDMs الشباب إلى انخفاض في البلعمة والكيمياء الحيوية، بالإضافة إلى تغييرات في تعبير الجينات المتعلقة بالالتصاق وإعادة تشكيل المصفوفة خارج الخلوية. ومن الملاحظ أن MDMs الأكبر سناً أظهرت اختلالاً في تنظيم جينات الهدف لـ MYC و USF1، إلى جانب زيادة حجم الخلايا، وتغير الشكل، وانخفاض محتوى الأكتين. تضع هذه النتائج MYC و USF1 كمنظمين حاسمين لوظيفة البلعميات في الشيخوخة وتقترح أهداف جزيئية محتملة للتدخلات التي تهدف إلى تعزيز نشاط البلعميات في الأفراد الأكبر سناً.
مقدمة
في المقدمة، يبرز المؤلفون الأدوار الأساسية للبلعميات في الجهاز المناعي، مؤكدين على وظيفتها المزدوجة كخلايا تنظيمية وفعالة في كل من الحالات الصحية والمرضية. يشيرون إلى تعقيد الأنواع الفرعية للبلعميات، التي لا يمكن التقاطها بشكل كافٍ من خلال التصنيف البسيط M1 (مؤيد للالتهاب) و M2 (مضاد للالتهاب)، خاصة في الجسم الحي. تناقش الورقة ظاهرة “الالتهاب الشيخوخي”، حيث تظهر البلعميات تنشيطاً مزمناً مع تقدم العمر، مما يسهم في تدهور المناعة والعديد من الأمراض المرتبطة بالعمر. على الرغم من البحث المكثف حول وظيفة البلعميات في نماذج الفئران، هناك فجوة كبيرة في فهم هذه العمليات في البشر.
يهدف المؤلفون إلى التحقيق في التغيرات المرتبطة بالعمر في هجرة البلعميات المشتقة من أحادية النواة (MDM) والبلعمة في مجموعة بشرية، حيث أن هذه الوظائف حاسمة لتحديد الآليات الجزيئية الكامنة وراء شيخوخة البلعميات. أظهرت الدراسات السابقة نتائج مختلطة بشأن تأثيرات الشيخوخة على بلعمة البلعميات والكيمياء الحيوية، مع تباين النتائج بناءً على البيئة المحددة والمحفزات. يشير المؤلفون إلى أنه بينما تم توثيق بعض التغيرات في وظيفة البلعميات مع تقدم العمر في نماذج الفئران، فإن التحقيقات المماثلة في البلعميات البشرية محدودة. تكشف أبحاثهم أن الشيخوخة تؤثر بشكل كبير على وظيفة البلعميات وتغير الشكل، مع تكرار هذه التغيرات من خلال خفض التعبير عن عوامل النسخ MYC و USF1، التي يتم تنظيمها بشكل منخفض في البلعميات المسنّة. تهدف هذه الدراسة إلى توضيح الأهداف النسخية المتأثرة بالشيخوخة التي قد تؤدي إلى هذه التغيرات الوظيفية والشكلية في البلعميات.
الطرق
تحدد قسم الطرق في ورقة البحث البروتوكولات التجريبية الشاملة المستخدمة في الدراسة، والتي تم تفصيلها في المواد التكميلية عبر الإنترنت. تشمل المكونات الرئيسية عزل وزراعة أحادية النواة البشرية والبلعميات، والاختبارات الوظيفية المختلفة مثل البلعمة واختبارات الخدش، واختبارات هجرة عبر الغشاء لـ MCP-1. بالإضافة إلى ذلك، يصف القسم تحليل المصفوفة الدقيقة للبلعميات الهوائية الفئران، والتحليلات المعلوماتية لعوامل النسخ، والمنهجيات لعزل RNA، وتحليل التعبير الجيني عبر RT-qPCR، وتسلسل RNA، وWestern blotting. كما تم تضمين صبغ وتحليل الهيكل الخلوي.
استخدمت الدراسة فئران C57BL6 الذكور التي تتراوح أعمارها بين 2-5 أشهر و22 شهراً، مع الموافقة على جميع إجراءات الحيوانات من قبل لجنة مراجعة المشاريع بجامعة شيفيلد، مع الالتزام بتنظيمات وزارة الداخلية البريطانية. يبرز القسم توفر المواد الكيميائية، والعينات البيولوجية، والبيانات، بما في ذلك بيانات RNA-seq المودعة في Gene Expression Omnibus (GEO) تحت رقم الوصول GSE240075، والتي يمكن الوصول إليها بشكل عام. علاوة على ذلك، يتوفر الكود الأصلي وبيانات المجهر عند الطلب من جهة الاتصال الرئيسية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. عادةً ما يتضمن بيانات كمية، وتحليلات إحصائية، وتمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول التي توضح نتائج الدراسة. غالباً ما تتم مقارنة النتائج مع الفرضيات أو الأهداف الأولية الموضحة في المقدمة، مما يبرز ما إذا كانت البيانات تدعم أو تنفي هذه الادعاءات.
بالإضافة إلى ذلك، قد يناقش القسم أهمية النتائج، بما في ذلك أي اتجاهات أو أنماط ملحوظة، وتأثيراتها على المجال الأوسع للدراسة. من الضروري أن يتم تقديم النتائج بوضوح وموضوعية، مما يسمح بإعادة الإنتاج والتحقيقات الإضافية من قبل باحثين آخرين. بشكل عام، يعمل هذا القسم كأساس للنقاش والاستنتاج اللاحقين، حيث يتم استكشاف آثار النتائج بعمق أكبر.
النقاش
في هذه الدراسة، بحثنا تأثير الشيخوخة على البلعميات المشتقة من أحادية النواة البشرية (MDMs)، كاشفين عن انخفاضات كبيرة في قدرتها على البلعمة، والهجرة، والكيمياء الحيوية مع تقدم العمر. تم تحليل أحادية النواة من الفئات العمرية الأصغر (18-30 عاماً) والأكبر (>50 عاماً)، مما أظهر انخفاضاً بنسبة 35% في البلعمة في MDMs الراكدة وانخفاضاً بنسبة 42% في MDMs المنشطة من الأفراد الأكبر سناً مقارنة بالأصغر سناً. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت MDMs الأكبر سناً استجابات هجرة وكيمياء حيوية متدنية، مع انخفاض ملحوظ بنسبة 89% في الهجرة التي لوحظت في M0 MDMs الأكبر سناً. كانت هذه العجز الوظيفي مرتبطة بتغيرات نسخية، خاصة انخفاض تنظيم عوامل النسخ الرئيسية (TFs) MYC و USF1، التي كانت منخفضة باستمرار في كل من البلعميات البشرية والفئران مع تقدم العمر.
أشارت التحليلات الإضافية إلى أن فقدان MYC أو USF1 في MDMs الشباب يمكن أن يكرر نمط الشيخوخة، المميز بانخفاض البلعمة وتغير شكل الخلايا، بما في ذلك زيادة الحجم والاستطالة. كشفت ملفات التعبير الجيني أن نسبة كبيرة من الجينات المعبر عنها بشكل مختلف في البلعميات الأكبر سناً كانت مرتبطة بأهداف MYC و USF1، مما يبرز دورها في الانخفاض الوظيفي المرتبط بالعمر. تسلط هذه الدراسة الضوء على المشاركة الحاسمة لـ MYC و USF1 في تنظيم وظيفة البلعميات وشكلها خلال الشيخوخة، مما يساهم في فهمنا لتغيرات الجهاز المناعي في البالغين الأكبر سناً وتأثيراتها على الأمراض المرتبطة بالعمر.
القيود
تقدم الدراسة عدة قيود يجب الاعتراف بها. أولاً، تم الحصول على البلعميات المشتقة من أحادية النواة البشرية (MDMs) حصرياً من مجموعتين متوازنتين من الجنس: البالغين الشباب الذين تتراوح أعمارهم بين 18-30 عاماً (متوسط العمر 24 ± 1.2 SD) والبالغين الأكبر سناً الذين تزيد أعمارهم عن 50 عاماً (متوسط العمر 61 ± 5.7 SD). من الملاحظ أن المجموعة الأكبر سناً تتكون من متبرعين أصحاء في مرحلة الشيخوخة دون حالات مرضية مصاحبة أو ضعف، مما قد لا يمثل بدقة السكان الأكبر سناً الذين غالباً ما يظهرون هذه التعقيدات. يمكن أن تستكشف الأبحاث المستقبلية هذه العوامل لتوفير فهم أكثر شمولاً لوظيفة البلعميات في سياقات الشيخوخة المتنوعة.
بالإضافة إلى ذلك، قامت الدراسة بتقييم وظيفة البلعميات في المختبر، مما يحد من قابلية تطبيق النتائج على الظروف الحية. إن عدم القدرة على قياس البلعمة الحية والهجرة في كائن حي يبسط النموذج ولكنه قد يغفل جوانب حاسمة من سلوك البلعميات في بيئتها الطبيعية. علاوة على ذلك، بينما تم استخدام البلعميات الفئران للتحليل المقارن، فقد تم الحصول عليها من حيوانات ذكور، مما يثير تساؤلات حول عمومية النتائج بالنسبة للبلعميات البشرية عبر مختلف الأجناس. تبرز هذه القيود الحاجة إلى مزيد من الدراسات التي تشمل مجموعة أوسع من حالات الصحة المرتبطة بالعمر وتقييمات في الجسم الحي.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114073
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38578825
Publication Date: 2024-04-01
Author(s): Charlotte E. Moss et al.
Primary Topic: Immune cells in cancer
Overview
This section of the research paper investigates the age-related decline in the functionality of human monocyte-derived macrophages (MDMs), highlighting the significant reduction in phagocytosis, migration, and chemotaxis in MDMs from older donors (over 50 years) compared to younger donors (18-30 years). The study identifies a downregulation of the transcription factors MYC and USF1 in older MDMs, which correlates with the observed functional impairments.
Experimental knockdown of MYC or USF1 in young MDMs resulted in decreased phagocytosis and chemotaxis, as well as changes in the expression of genes related to adhesion and extracellular matrix remodeling. Notably, older MDMs exhibited a dysregulation of MYC and USF1 target genes, alongside increased cell size, altered morphology, and reduced actin content. These findings position MYC and USF1 as critical regulators of macrophage function in aging and suggest potential molecular targets for interventions aimed at enhancing macrophage activity in older individuals.
Introduction
In the introduction, the authors highlight the essential roles of macrophages in the immune system, emphasizing their dual function as regulatory and effector cells in both healthy and diseased states. They note the complexity of macrophage subtypes, which cannot be adequately captured by the simplistic M1 (pro-inflammatory) and M2 (anti-inflammatory) classification, particularly in vivo. The paper discusses the phenomenon of “inflammaging,” where macrophages exhibit chronic activation with age, contributing to immune decline and various age-related diseases. Despite extensive research on macrophage function in mouse models, there is a significant gap in understanding these processes in humans.
The authors aim to investigate age-related changes in monocyte-derived macrophage (MDM) migration and phagocytosis in a human cohort, as these functions are critical for identifying the molecular mechanisms underlying macrophage aging. Previous studies have shown mixed results regarding the effects of aging on macrophage phagocytosis and chemotaxis, with findings varying based on the specific environment and stimuli. The authors note that while some alterations in macrophage function with age have been documented in murine models, similar investigations in human macrophages are limited. Their research reveals that aging significantly impairs macrophage function and alters morphology, with these changes being replicated through the knockdown of transcription factors MYC and USF1, which are downregulated in aged macrophages. This study aims to elucidate the transcriptional targets affected by aging that may drive these functional and morphological changes in macrophages.
Methods
The methods section of the research paper outlines the comprehensive experimental protocols employed in the study, which are detailed in the online supplementary materials. Key components include the isolation and culture of human monocytes and macrophages, various functional assays such as phagocytosis and scratch assays, and transwell migration assays for MCP-1. Additionally, the section describes the microarray analysis of murine alveolar macrophages, bioinformatic analyses of transcription factors, and methodologies for RNA isolation, gene expression analysis via RT-qPCR, RNA sequencing, and Western blotting. Cytoskeleton staining and analysis are also included.
The study utilized C57BL6 male mice aged between 2-5 months and 22 months, with all animal procedures approved by the University of Sheffield Project Review Committee, adhering to UK Home Office regulations. The section emphasizes the availability of reagents, biological samples, and data, including RNA-seq data deposited in the Gene Expression Omnibus (GEO) under accession number GSE240075, which is publicly accessible. Furthermore, original code and microscopy data are available upon request from the lead contact.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It typically includes quantitative data, statistical analyses, and visual representations such as graphs or tables that illustrate the outcomes of the study. The results are often compared against the initial hypotheses or objectives outlined in the introduction, highlighting whether the data supports or refutes these claims.
Additionally, the section may discuss the significance of the findings, including any observed trends or patterns, and their implications for the broader field of study. It is crucial that the results are presented clearly and objectively, allowing for reproducibility and further investigation by other researchers. Overall, this section serves as a foundation for the subsequent discussion and conclusion, where the implications of the results are explored in greater depth.
Discussion
In this study, we investigated the impact of aging on human monocyte-derived macrophages (MDMs), revealing significant declines in their phagocytic capacity, migration, and chemotaxis with age. Monocytes from younger (18-30 years) and older (>50 years) cohorts were analyzed, demonstrating a 35% reduction in phagocytosis in resting MDMs and a 42% reduction in activated MDMs from older individuals compared to younger ones. Additionally, older MDMs exhibited diminished migration and chemotactic responses, with a notable 89% decrease in migration observed in older M0 MDMs. These functional impairments were linked to transcriptional changes, particularly the downregulation of key transcription factors (TFs) MYC and USF1, which were consistently reduced in both human and murine macrophages with age.
Further analysis indicated that loss of MYC or USF1 in young MDMs could replicate the aging phenotype, characterized by decreased phagocytosis and altered cell morphology, including increased size and elongation. Gene expression profiling revealed that a significant proportion of differentially expressed genes in older macrophages were associated with MYC and USF1 targets, underscoring their role in age-related functional decline. This study highlights the critical involvement of MYC and USF1 in regulating macrophage function and morphology during aging, contributing to our understanding of immune system changes in older adults and their implications for age-related diseases.
Limitations
The study presents several limitations that should be acknowledged. First, the human monocyte-derived macrophages (MDMs) were sourced exclusively from two gender-balanced cohorts: young adults aged 18-30 years (mean age 24 ± 1.2 SD) and older adults over 50 years (mean age 61 ± 5.7 SD). Notably, the older cohort consisted of healthy aging donors without comorbidities or frailty, which may not accurately represent the broader aging population that often exhibits these complexities. Future research could explore these factors to provide a more comprehensive understanding of macrophage function in diverse aging contexts.
Additionally, the study assessed macrophage function in vitro, which limits the applicability of findings to in vivo conditions. The inability to measure live phagocytosis and migration in a living organism simplifies the model but may overlook critical aspects of macrophage behavior in their natural environment. Furthermore, while mouse macrophages were utilized for comparative analysis, they were derived from male animals, which raises questions about the generalizability of the results to human macrophages across different genders. These limitations highlight the need for further studies that incorporate a wider range of age-related health conditions and in vivo assessments.