ES | | | |

Стволовые клетки становятся популярным образом, обещающим улучшение репарации ткани, лечение дегенеративных болезней и даже коренное улучшение при дисфункциях, связанных с нормальным старением. Возможность того, что стволовые клетки будут иметь терапевтическое значение в контексте нормального старения, ставит два взаимосвязанных вопроса. Во-первых каков эффект старения на сами стволовые клетки? Во-вторых, до какой степени функциональное снижение ткани можно приписывать ограниченной (и вообще-то снижающейся) способности резидентных стволовых клеток поддерживать структуру и функцию нормальной ткани?

Первый вопрос решается изучением специфических случаев. В качестве стартовой точки необходимо идентифицировать и изолировать стволовые клетки, оценить их количество и функциональность и затем использовать подобный подход в течение периода жизни, чтобы протестировать возрастные изменения. Затем необходимо попытаться понять причины и механизмы этих изменений. Второй вопрос более сложен для экспериментального разрешения из-за тесной связи между стволовыми клетками и тканями, в которых они располагаются. Поэтому пока нет тканей, для которых этот вопрос оказался бы решенным. Более того, вопрос существенно отличается в зависимости от того, обладает ли ткань высоким оборотом клеток, низким оборотом клеток, но высоким регенеративным потенциалом в ответ на повреждение или низким оборотом клеток и незначительным регенеративным потенциалом (Fig. 1). Роль стволовых клеток в биологии этих различных классов тканей настолько отлична, что степень, с которой стареющий компартмент стволовых клеток может влиять на ткань, не может быть экстраполирована с одной ткани на др.

Ageing, evolution and stem-cell immortality Evolutionary theories of ageing

Изучение того, как стволовые клетки меняются с возрастом ведет неизбежно к следующему вопросу, которые может быть изложен только в эволюционных терминах, почему мы стареем. Намерение задающего этот вопрос не в выяснение определенных причин старения, а скорее о рамках процесса старения, внутри эволюционных ограничений, которые могут быть навязаны с помощью селективного давления. Теоретики эволюции принимают во внимание возможность того, что старение генетически запрограммировано, исходя из мнения, что элиминация индивидов, которые завершили свою репродукцию, д.б. благоприятной для вида, т.к. теоретически это д. сохранять ресурсы для наиболее репродуктивно активных индивидов и для будущих поколений. Однако, это мнение не выдерживает серьёзного анализа, в первую очередь благодаря тому, что 'стареющий фенотип' редок в природе¹. Большинство диких животных становятся жертвами голода, хищников, воздействий, болезней или несчастного случая задолго до появления признаков, которые бы распознавались как старение у людей и одомашенных и лабораторных животных.

Предложены две теории, которые интегрируют возможности генетических программ, которые управляют процессом старения, с мнением, что такие программы вряд ли возникают под действием естественного отбора². Первая это теория 'накопления мутаций', впервые предложенная Medawar³, который положил в основу, что мутации приводят к вредным связанным с возрастом изменениям, которые накапливаются в ходе последовательных генераций, если их эффекты реализуются только после возрастного пика успешной репродукции. Т.к. немногие организмы в действительности достигают такого возраста, то такие мутации д. избегать негативного естественного отбора. Вторая теория 'antagonistic pleiotropy'⁴, постулирует, что могут быть гены, чья экспрессия вредна в позднем периоде жизни и которые накапливаются в популяции не из-за того, что они молчали ранее, но из-за того, что они действительно создают преимущества для жизнеспособности или репродуктивности. Такие мутации д. обладать селективным преимуществом. Хотя эти концепции предпринимают попытки слить эволюционную теорию с эмпирическими исследованиями биологии старения, но найдено очень мало доказательств кумулятивных мутаций и лишь редкие примеры генов, которые обладают антогонистической плейотропией^2,5.

Несмотря на это существуют несметные доказательства, что имеются строгие генетические влияния на скорость старения. Вообще-то наиболее неотразимым доказательством является то, что различия в скорости старения между индивидами внутри вида незначительны по сравнению с огромными различиями между видами⁶. Поденка (член удачно названного order Ephemeroptera) линяет, репродуцируется и погибает в течение одного дня, в некоторых случаях функциональный период жизни измеряется часами; напротив, гигантские черепахи м. жить почти 200 лет (Fig. 2). Мощное влияние генетики далее отражается во всё растущем количестве мутаций одиночных генов, которые могут влиять на продолжительность жизни эукариот от дрожже до мышей^7-13.

Теория, которая создает более генерализованную конструкцию для рассмотрения влияний генетики на процесс старения, является теорией 'disposable soma'¹⁴. Ключевым аспектом этой теории является различие между бессмертной зародышевой линией и 'disposable' (т.е., смертным) телом. Основной предпосылкой является то, что виды развиваются с помощью генетических программ, которые оптимизируют утилизацию ресурсов для выживания и репродукции. Старение происходит благодаря износу ('wear and tear'), а генетическая программа любого вида предназначена, чтобы противостоять достаточно долго повреждениям, чтобы организм достиг репродуктивной зрелости. Любое увеличение средовых стрессов заставляет сому оставлять ограниченные источники после репродуктивного периода. Это согласуется с хорошо распознаваемой, хотя и не облигаторной, негативной корреляцией между продолжительностью жизни и плодовитостью¹⁵. Эта теория создает также каркас для интеграции эффектов теплового ограничения продолжительности жизни и снижение плодовитости¹⁵, а интригующий факт, что многие мутации одиночных генов, которые удлиняют период жизни, участвуют в путях энергетического метаболизма и стрессовых реакций^8,9,12,13,16.

Теория disposable soma не предоставляет ли также интересную, если не непредвиденную, возможность для рассматривания стволовых клеток у взрослых в связи как с disposable soma, в которой они располагаются, так и с бессмертной зародышевой линией?

The immortal germ line and the mortal soma

Хотя различие между смертной сомой и бессмертной зародышевой линией недвусмысленна у видов млекопитающих, она менее ясна в более широком филогенетическом спектре. Кажущаяся неограниченной регенеративная способность придатков и конечностей наблюдается у таких организмов, как саламандры и морские звезды^17,18. Эта регенерация частей тела не продуцирует новых индивидов у этих видов, но содержит намек на такую возможность. Она существует у организмов, таких как планарии и гидры, 'соматические' части которых способны давать полностью новые организмы^19,20, это больше всего напоминает бессмертие зародышевой линии или одноклеточные организмы, которые делятся путем расщепления.

Концепция бессмертия отличается, если рассматривать зародышевую линию, ранние клетки эмбриона, которые могут быть получены как embryonic stem (ES) клетки и изучены in vitro, как сома. Для зародышевой линии бессмертие зависит от адаптивного изменения и естественного отбора, способствующих жизнеспособности и репродуктивной успешности, ассоциированных с благоприятными изменениями генома, и оценена в ходе эволюционного времени. Для ES клеток критерии бессмертия были определены исследователями. Потомство с изменениями, которые д. награждаться селективными преимуществами роста, как полагают, неприспособленно и устраняется из-за того, что они обычно являются результатом кариотипических изменений21. Т.о., бессмертие линий стволовых клеток гарантируется путем отбора потомства со свойствами настолько близкими к родительским клеткам, насколько это возможно, но не с помощью естественного отбора конкурентноспособных репродуктивных преимуществ. Всё ещё генетический дрейф будет неизбежно появляться со временем и бессмертие линии может быть измерено в декадах, но не в эонах (eons). Для сомы, обычным значением бессмертия является 'жизнь вечно', это понимается больше мифологически, чем научно. Тем не менее открытие очень долго живущих организмов происходит в научных исследованиях продолжительности жизни и её продолжительности. Вспомним , однако, греческий миф о Tithonus, смертном, который стал возлюбленным богини Eos. Когда Zeus украл смертных любовников Eos's, он подал надежду восстановить полностью одного, которого она бы хотела восстановить. Eos попросила Zeus даровать бессмертие Tithonus.К сожалению, она забыла попросить вечную молодость тому, кого она хотела. Oops. И в результате хотя Tithonus и получил 'дар' бессмертия, он продолжал стареть, увядая после награды и в конце концов он взмолился о смерти вместо вечности.

Свойство бессмертия зародышевой линии, которое важно для стволовых клеток взрослых, является способностью гарантировать, что генетическая информация перейдет с высочайшей точностью последующим поколениям. летки д. обладать мощными механизмами, чтобы противостоять и/или репарировать повреждения генома²². Для ES клеток поддержание геномной стабильности является существенным для их качества как инструмента для исследования и потенциального терапевтического средства²³. Для стволовых клеток у взрослых in vivo, обладание способностью противостоять, обнаруживать и репарировать изменения генома (такие как укорочение теломер и накопление мутаций) лежит в основе их способности участвовать в гомеостазе и репарации ткани в течение всего периода жизни организма. Это суть одного из ключевых признаков, который определяет стволовые клетки, а именно, способность к самообновлению, хотя степень, с которой поддерживается интеграция генома обеспечивается несовершенным способом, поэтому критерий самообновления не д.б. слишком строгим (Box 1). Наконец, возможность, что многие формы рака могут быть результатом приобретенных мутаций в стволовых клетках взрослых, подчеркивает еще боле важное последствие, по крайней мере, в терминах здоровья, это неспособность поддерживать геномную стабильность в стволовых клетках взрослых²⁴.

The ageing process and adult stem-cell functionality

The hierarchical nature of biological defences

Процесс старения организма характеризуется функциональным снижением из-за гистологических и биохимических изменений в тканях и системах органов по происшествии времени. Снижение функциональной способности параллельно уменьшению способности отвечать на повреждения и стрессы. Т.к. стволовые клетки участвуют в гомеостазе, также как в регенерации и репарации многих тканей, то естественно возникает вопрос, не могут ли характеристики стареющей ткани быть поняты как снижение функциональности стволовых клеток взрослых, которые в ней располагаются. Однако, этот вопрос д. помещать стволовые клетки в уникальную позицию как защитников тканевой молодости скорее, чем в позицию внутри иерархии гомеостатических механизмов, которые снижаются с возрастом, от молекулярного до организменного уровня (Table 1). Накопление мутаций в ядерной и митохондриальной ДНК, несмотря на целый ряд репаративных механизмов для предупреждения такого накопления25, находится на вершине иерархии, представляя наиболее фундаментальные и необратимые изменения, за которыми следуют многие др. Стволовые клетки вносят вклад в промежуточный уровень тканевого гомеостаза и репарации и как отмечалось выше (Fig. 1), могут вносить пренебрежительный вклад в фенотип старения для тканей с чрезвычайно низким оборотом клеток. В сердце и головном мозге, напр., где преобладающее большинство кардиомиоцитов и нейронов. соотв., не замещаются в течение жизни взрослого, фенотип старения лучше понимаем в терминах изменений в этих постмитотических клетках скорее, чем в любом из компартментов стволовых клеток.

Stem-cell functionality and the stem-cell niche

Почти каждая изученная ткань обнаруживает связанные с возрастом снижения скорости и/или эффективности нормального клеточного оборота и регенерации в ответ на повреждение. В то время как это строго подтверждает связанное с возрастом снижение функциональности стволовых клеток, оно не обязательно указывает на то, что происходит врожденное старение стволовых клеток. Функция стволовых клеток регулируется на все увеличивающихся уровнях сложности, от клеточно-аутономной регуляции до регуляции с помощью локальных микроусловий в нишах стволовых клеток, окружающих тканях, системной среде организма и в конце концов внешних условий (Fig. 3). Более того, существуют взаимодействия среди этих компартментов, так что системная среда является продуктом всех разнообразных tissue/niche/stem-cell единиц по всему организму. Снижение тканевого гомеостаза или репарации д. возникать в результате связанных с возрастом изменений в количестве или свойствах стволовых клеток, в локальных условиях или нишах, в которых находятся стволовые клетки, в системной среде организма, которая влияет на все клетки или в любой комбинации их. Изменения внутри ниш д. включать альтерации в количестве и составе внеклеточного матрикса, изменения мембранных белков и липидов в клетках, которые осуществляют непосредственные контакты со стволовыми клетками, и изменения в растворимых паракринных и эндокринных факторах, которые составляют системную среду. Изучение важности таких изменений в нишах стволовых клеток лучше всего были продемонстрированы на нишах стволовых клеток зародышевой линии у Drosophila^26,27. Системные изменения д. включать иммунологические и нейроэндокринные изменения и в случае тканевых повреждений или болезней изменения факторов, которые высвобождаются из поврежденных клеток, и в воспалительный ответ, который сопровождает такие повреждения. Эти эффекты были продемонстрированы с помощью гетерохронных трансплантаций или исследований парабиоза, при котором клетки от старых животных подвергались воздействию системных факторов молодых животных (и vice versa)^28-31. Т.о., даже в отсутствие существенного старения собственно стволовых клеток, функциональность стволовых клеток м. обнаруживать заметное связанное с возрастом снижение, обусловленное снижением сигналов внутри локальных и системных условий, которые модулируют функцию стволовых клеток или их потомства (Fig. 4).

Stem cells and longevity

Ещё более загадочна, чем роль стволовых клеток в старении ткани является взаимоотношение между стволовыми клетками и собственно продолжительностью жизни. Нет доказательств, что продолжительность жизни любого вида детерминируется с помощью ограниченной поставки или лимитированной функциональности его популяций стволовых клеток и сегодня эта ассоциация общепринята^32,33. Существует риск тавтологии, если начинать с посылок, что снижение функции стволовых клеток ответственно за старение ткани и что старение ткани предопределяет продолжительность жизни. Главная слабость этой первой посылки заключается в незначительной роли стволовых клеток в старении ткани с низким оборотом клеток. Вторая посылка не позволяет заполнить экспериментальный и концептуальный пробел, который существует между нашим пониманием старения ткани и детерминантами продолжительности жизни. Обычное сознание подсказывает, что д. существовать взаимоотношение между этими двумя, а экспериментальные вмешательства, которые меняют продолжительность жизни модельных организмов, также обнаруживают тенденцию менять старение ткани, но прямая связь остается неуловимой. Ясно, что мутации одиночных генов, которые увеличивают до максимума продолжительность жизни, также вызывают в результате структурные и физиологические изменения в ткани, это указывает на замедление процесса старения и уменьшение связанных с возрастом патологий^12,13. Сходным образом, повышенная продолжительность жизни в результате теплового ограничения у разных видов сопровождается очевидной редукцией скорости тканевого старения34-37. Однако, ни одно из этих важных преимуществ в биологии старения не дает каких-либо прямых доказательств, также как и того, почему старые индивиды внутри вида погибают в отсутствие обнаружимых повреждений или болезней. Причина смерти от 'старости' остается центральной загадкой биологии (Box 2). Однако, нет доказательств, того что максимальная продолжительность жизни любого вида предопределяется снижением функции стволовых клеток или напротив, что увеличение количества или функциональности любой одиночной популяции стволовых клеток д. удлинять продолжительность жизни. Необходимо рассматривать только виды с тканями, которые почти полностью постмитотические, чтобы увидеть, что не может быть какой-либо тесной механистической связи между функцией взрослых стволовых клеток и продолжительностью жизни в любом эволюционном смысле. Продолжительность жизни per se в несколько ступеней удаляется из биологии старения стволовых клеток, что связано в первую очередь с тем, как генетическая изменчивость и средовые факторы могут влиять, вообще-то скоординировано, но не с помощью какого-либо продемонстрированного причинного взаимоотношения.

Tests of intrinsic ageing of adult stem cells

Учитывая врожденную сложность различия внутренне присущего клеточного старения от старения клеточной среды, в которой стволовые клетки изучаются в их нативной среде, большинство прямых тестов врожденного клеточного старения было проведено с использованием выделения стволовых клеток от молодых и старых животных и переноса в идентичные in vitro или in vivo условия. Для этого были экстенсивно исследованы лишь немногие популяции стволовых клеток. Важным отличием даже с использованием этих наиболее скрупулезных подходов старения стволовых клеток, возможны ли какие-либо клеточно-автономные изменения, которые являются стабильными и наследуемыми, или они являются обратимыми. В некоторых случаях стволовые клетки от старых животных обнаруживали задержку в реакции (responsiveness) на активирующие стимулы, приводя в конечном итоге к сравнимым результатам с теми. что получены на молодых стволовых клетках, указывая тем самым, что инициальная реакция может отражать эпигенетические модификации скорее, чем необратимые (по крайней мере, в физиологических условиях) генетические или биохимические изменения. В целом эффекты возраста на изолированные стволовые клетки сравнимы в подходах к росту, дифференцировке, апоптозу, трансформации и старению. Хотя клеточное старение характеризуется прежде всего как in vitro феномен, связанный с replicative продолжительностью жизни^38,39, как было предположено, клеточное старение происходит и in vivo и может приводить в результате к токсической 'gain of function', способствуя средовым условиям, которые поощряют клеточную трансформацию⁴⁰.

Два специфических примера стволовых клеток взрослых - haematopoietic stem (HS) клетки и скелетно-мышечные сателлитные клетки - выделяются ниже, т.к. они проспективно изолированы и эффекты старения были изучены как in vivo с использованием трансплантаций, так и in vitro. Кроме того, хотя обе популяции происходили из тканей с высоким регенеративным потенциалом, они также представляли противоположные концы спектра тканей в терминах нормального клеточного оборота (Fig. 1). Как таковые, стволовые клетки и их потомство в крови затрагивались более сильно с помощью комбинированных эффектов репликативного и хронологического старения, чем стволовые клетки и их потомство в скелетных мышцах, которые скорее всего переживали преимущественно хронологическое старение (Fig. 5).

Haematopoietic stem cells

Они превращаются в клеточные составляющие крови, которые служат жизненно-необходимым функциям, таким как транспорт кислорода, каогуляция крови и иммунные функции. С возрастом происходит постепенное снижение всех этих функций^41,42. Такие изменения не обусловлены постепенным истощением HS клеток, т.к. наблюдается в действительности увеличение скорее, чем уменьшение HS клеток с возрастом⁴³. In vitro исследования изолированных HS клеток показали, что не существует различий между молодыми и старыми клетками в терминах их способности формировать колонии и их пролиферативного потенциала⁴⁴. Сходным образом, не обнаруживается какого-либо снижения с возрастом способности HS клеток взаимодействовать со стромой in vitro⁴⁴.

Когда HS клетки были протестированы в серии трансплантационных экспериментов, то полное восстановление крови происходило в течение несколдьки периодов жизни у мышей⁴⁵, a старые HS клетки были столь же эффективны, как и молодые HS в восстановлении ростков крови после трансплантаций^28,46,47. Кроме того, размер индивидуальных клонов стволовых клеток у реципиентов, получавших одиночную competitive-repopulation единицу, не зависел от возраста⁴⁸. Однако, старые HS клетки, по-видимому, были менее эффективны в возвращении и прививке⁴⁴, указывая тем самым, что внутренне присущее старение HS клеток может быть выявлено при такого типа анализе. Степень прирожденного старения HS клеток также, по-видимому, зависит от линии^46,49. Эти внутренне присущие клеткам изменения могут быть эпигенетическими, т.к. они могут быть восстановлены, когда клетки помещаются в соответствующие условия⁵⁰. При этом подходе клетки разных генетических фонов отвечали по-разному, подчеркивая тем самым важность генетического влияния на процесс старения. Недавно прямой молекулярный анализ очищенных HS клеток выявил различия в генной экспрессии между клетками от молодых и старых мышей⁵¹. Интересно, что изменения в специфических генах коррелировали с отмеченным отклонением клонального потенциала старых HS клеток⁵². Было бы интересно протестировать, являются ли эти внутренне присущие изменения также обратимыми и зависят ли от среды, в которой они располагаются.

Skeletal muscle satellite cells

Первичные скелетно-мышечные стволовые клетки (сателлитные клетки) являются молчащими во взрослых мышцах, но они активируются к пролиферации и генерируют предетерминированное потомство в ответ на повреждение или болезнь⁵³. Подсчеты количеств саталлитных клеток с возрастом варьируют в зависимости от использованного метода, колеблясь в пределах от легкого увеличения, как в случае HS клеток, до минимальных изменений⁵⁵ или уменьшения^54,56. Однако, существует значительное ухудшение регенеративного потенциала с возрастом, чем может бы предположить исходя из любого снижения в количестве⁵⁷. Это связанное с возрастом снижение регенеративного потенциала приписывается ухудшению в старых мышцах пути передачи сигналов Notch, который существенен для нормальной активации сателлитных клеток у молодых животных⁵⁵.

Первоначальные in vitro исследования сателлитных клеток от молодых и старых животных подтвердили внутренне присущее старение этой популяции стволовых клеток , т.к. старые клетки генерировали значительно меньше потомства^58,59. Однако, эта интерпретация не соответствовала находкам, что регенерация, обеспечиваемая старыми сателлитными клетками была высоко эффективной, когда клетки трансплантировали в молодых животных в виде трансплантатов целых мышц³⁰. Фактически, результаты были неотличимы от регенерации, обусловленной трансплантацией молодых мышц. Эти данные подтверждают обратимость эпигенетических модификаций стволовых клеток старых мышц, эта интерпретация была подтверждена недавними данными, показавшими, что стволовые клетки старых мышц, будучи экспозированными молодой системной средой с помощью действительно парабиотического соединения старых и молодых мышей, активируют и репарируют мышцы почти также хорошо, как и молодые сателлитные клетки³¹. Т.о., кажется, что уменьшение регенеративного потенциала старых мышц не обусловлено в первую очередь прирожденным старением сателлитных клеток, а скорее эффектами стареющей среды на функцию сателлитных клеток. Исследования генной экспрессии клеток, произошедших из сателлитных клеток, выявили изменения с возрастом⁶⁰. Однако, как и в случае HS клеток, осталось неясно, обусловлены ли эти изменения транскрипционных профилей необратимыми генетическими изменениями или обратимыми эпигенетическими эффектами.

Fantasies and realities concerning stem-cell therapeutics

Регенеративная медицина д. использовать или улучшение эндогенных стволовых клеток или трансплантации экзогенных стволовых клеток, которые размножаются в культуре. Трансплантации экзогенных стволовых клеток в поврежденную ткань д. бы формально базироваться на принципах трансплантационной биологии и иммунологии. Однако, высокая оценка важности ниш, особенно старых ниш, может быть критической для успешности трансплантаций стволовых клеток для усиления тканевой репарации при ряде острых повреждений. Важность среды хозяина становится ещё сложнее, если учитывать использование стволовых клеток для лечения хронических дегенеративных заболеваний.

Несмотря на исторические вопросы по бессмертию и продолжающийся интерес к удлинению продолжительности жизни людей⁶¹, использование 'therapeutics' стволовыми клетками для задержки самого процесса старения является даже более далеким. Учитывая универсальность процесса старения и выраженное влияние системной среды на клетки внутри тканей, теоретическая база такого использования неясна. Любая трансплантация от животных к человеку для увеличения продолжительности жизни возникнет скорее всего из понимания системной координации и регуляции метаболической активности клеток и клеточной защиты, так как любое увеличение продолжительности жизни д. происходить за определенную цену.

Тем не менее потенциал стволовых клеток может быть использован как терапевтическое средство в будущей регенеративной медицине. Супрессия пролиферации стволовых клеток взрослых с помощью системной среди у старых животных, хотя она и ограничивает регенеративный потенциал ткани и возможно способствует старению или апоптозу, может быть критической защитой от развития рака, склонность к которому увеличивается с накоплением мутаций в геноме стволовых клеток с возрастом. Терапевтическое использование стволовых клеток взрослых для репарации взрослых тканей в контексте регенеративной медицины нуждается в повышении знания биологии стволовых клеток, среды старых тканей и взаимодействия между этими двумя.

1.Phelan, J. P. & Austad, S. N. Natural selection, dietary restriction, and extended longevity. Growth Dev. Aging 53, 4–6 (1989). | PubMed | ISI

2.Kirkwood, T. B. Understanding the odd science of aging. Cell 120, 437–447 (2005). | Article | PubMed | ISI |

3.Medawar, P. B. An Unsolved Problem of Biology (H. K. Lewis, London, 1952).

4.Williams, G. C. Pleiotropy, natural selection, and the evolution of senescence. Evolution 11, 398–411 (1957). | Article |

5.Leroi, A. M. et al. What evidence is there for the existence of individual genes with antagonistic pleiotropic effects? Mech. Ageing Dev. 126, 421–429 (2005). | Article | PubMed |

6.Hayflick, L. How and Why We Age (Ballantine Books, New York, 1994). Friedman, D. B. & Johnson, T. E. A mutation in the age-1 gene in Caenorhabditis elegans lengthens life and reduces hermaphrodite fertility. Genetics 118, 75–86 (1988). | PubMed | ISI |

7.Kenyon, C. , Chang, J. , Gensch, E. , Rudner, A. & Tabtiang, R. A C. elegans mutant that lives twice as long as wild type. Nature 366, 461–464 (1993). | Article | PubMed | ISI |

8.Tissenbaum, H. A. & Guarente, L. Increased dosage of a sir-2 gene extends lifespan in Caenorhabditis elegans. Nature 410, 227–230 (2001). | Article | PubMed | ISI |

9.Clancy, D. J. et al. Extension of life-span by loss of CHICO, a Drosophila insulin receptor substrate protein. Science 292, 104–106 (2001). | Article | PubMed | ISI |

10.Tatar, M. et al. A mutant Drosophila insulin receptor homolog that extends life-span and impairs neuroendocrine function. Science 292, 107–110 (2001). | Article | PubMed | ISI |

11.Flurkey, K. , Papaconstantinou, J. , Miller, R. A. & Harrison, D. E. Lifespan extension and delayed immune and collagen aging in mutant mice with defects in growth hormone production. Proc. Natl Acad. Sci. USA 98, 6736–6741 (2001). | Article | PubMed |

12.Ikeno, Y. , Bronson, R. T. , Hubbard, G. B. , Lee, S. & Bartke, A. Delayed occurrence of fatal neoplastic diseases in ames dwarf mice: correlation to extended longevity. J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 58, 291–296 (2003). | PubMed | 13.Kirkwood, T. B. Evolution of ageing. Nature 270, 301–304 (1977). | Article | PubMed | ISI |

14.Partridge, L. , Gems, D. & Withers, D. J. Sex and death: what is the connection? Cell 120, 461–472 (2005). | Article | PubMed |

15.Migliaccio, E. et al. The p66shc adaptor protein controls oxidative stress response and life span in mammals. Nature 402, 309–313 (1999). | Article | PubMed | ISI |

16.Thorndyke, M. C. , Chen, W. C. , Beesley, P. W. & Patruno, M. Molecular approach to echinoderm regeneration. Microsc. Res. Tech. 55, 474–485 (2001). | Article | PubMed |

17.Brockes, J. P. & Kumar, A. Appendage regeneration in adult vertebrates and implications for regenerative medicine. Science 310, 1919–1923 (2005). | Article | PubMed |

18.Holstein, T. W. , Hobmayer, E. & Technau, U. Cnidarians: an evolutionarily conserved model system for regeneration? Dev. Dyn. 226, 257–267 (2003). | Article | PubMed |

19.Reddien, P. W. , Bermange, A. L. , Murfitt, K. J. , Jennings, J. R. & Sanchez, A. A. Identification of genes needed for regeneration, stem cell function, and tissue homeostasis by systematic gene perturbation in planaria. Dev. Cell 8, 635–649 (2005). | Article | PubMed | ISI |

20.Enver, T. et al. Cellular differentiation hierarchies in normal and culture-adapted human embryonic stem cells. Hum. Mol. Genet. 14, 3129–3140 (2005). | Article | PubMed | ISI |

21.Park, Y. & Gerson, S. L. DNA repair defects in stem cell function and aging. Annu. Rev. Med. 56, 495–508 (2005). | Article | PubMed |

Keller, G. Embryonic stem cell differentiation: emergence of a new era in biology and medicine. Genes Dev. 19, 1129–1155 (2005). | Article | PubMed | ISI |

22.Reya, T. , Morrison, S. J. , Clarke, M. F. & Weissman, I. L. Stem cells, cancer, and cancer stem cells. Nature 414, 105–111 (2001). | Article | PubMed | ISI |

23.Lombard, D. B. et al. DNA repair, genome stability, and aging. Cell 120, 497–512 (2005). | Article | PubMed | ISI |

24.Xie, T. & Spradling, A. C. A niche maintaining germ line stem cells in the Drosophila ovary. Science 290, 328–330 (2000). | Article | PubMed | ISI |

25.Kiger, A. A. , Jones, D. L. , Schulz, C. , Rogers, M. B. & Fuller, M. T. Stem cell self-renewal specified by JAK–STAT activation in response to a support cell cue. Science 294, 2542–2545 (2001). | Article | PubMed | ISI |

26.Harrison, D. E. , Astle, C. M. & Doubleday, J. W. Cell lines from old immunodeficient donors give normal responses in young recipients. J. Immunol. 118, 1223–1227 (1977). | PubMed |

27.Hotta, T. , Hirabayashi, N. , Utsumi, M. , Murate, T. & Yamada, H. Age-related changes in the function of hemopoietic stroma in mice. Exp. Hematol. 8, 933–936 (1980). | PubMed | ISI |

28.Carlson, B. M. & Faulkner, J. A. Muscle transplantation between young and old rats: age of host determines recovery. Am. J. Physiol. 256, C1262–C1266 (1989). | PubMed | ISI |

29.Conboy, I. M. et al. Rejuvenation of aged progenitor cells by exposure to a young systemic environment. Nature 433, 760–764 (2005). | Article | PubMed |

30.Van Zant, G. & Liang, Y. The role of stem cells in aging. Exp. Hematol. 31, 659–672 (2003). | Article | PubMed |

31.Snyder, E. Y. & Loring, J. F. A role for stem cell biology in the physiological and pathological aspects of aging. J. Am. Geriatr. Soc. 53, S287–S291 (2005). | Article | PubMed | 32.Lin, S. J. , Defossez, P. A. & Guarente, L. Requirement of NAD and SIR2 for life-span extension by calorie restriction in Saccharomyces cerevisiae. Science 289, 2126–2128 (2000). | Article | PubMed | ISI |

33.Klass, M. R. Aging in the nematode Caenorhabditis elegans: major biological and environmental factors influencing life span. Mech. Ageing Dev. 6, 413–429 (1977). | Article | PubMed | ISI |

34.Chapman, T. & Partridge, L. Female fitness in Drosophila melanogaster: an interaction between the effect of nutrition and of encounter rate with males. Proc. Biol. Sci. 263, 755–759 (1996). | PubMed |

35.Weindruch, R. , Walford, R. L. , Fligiel, S. & Guthrie, D. The retardation of aging in mice by dietary restriction: longevity, cancer, immunity and lifetime energy intake. J. Nutr. 116, 641–654 (1986). | PubMed | ISI |

36.Hornsby, P. J. Cellular senescence and tissue aging in vivo. J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 57, B251–B256 (2002). | PubMed | ISI | 37.Rubin, H. The disparity between human cell senescence in vitro and lifelong replication in vivo. Nature Biotechnol. 20, 675–681 (2002). | Article | 38. Parrinello, S. , Coppe, J. P. , Krtolica, A. & Campisi, J. Stromal–epithelial interactions in aging and cancer: senescent fibroblasts alter epithelial cell differentiation. J. Cell Sci. 118, 485–496 (2005). | Article | PubMed | ISI |

39.Gomez, C. R. , Boehmer, E. D. & Kovacs, E. J. The aging innate immune system. Curr. Opin. Immunol. 17, 457–462 (2005). | PubMed |

40.Carmel, R. Anemia and aging: an overview of clinical, diagnostic and biological issues. Blood Rev. 15, 9–18 (2001). | Article | PubMed |

41.Sudo, K. , Ema, H. , Morita, Y. & Nakauchi, H. Age-associated characteristics of murine hematopoietic stem cells. J. Exp. Med. 192, 1273–1280 (2000). | Article | PubMed | ISI |

42.Morrison, S. J. , Wandycz, A. M. , Akashi, K. , Globerson, A. & Weissman, I. L. The aging of hematopoietic stem cells. Nature Med. 2, 1011–1016 (1996). | Article | 43. Harrison, D. E. & Astle, C. M. Loss of stem cell repopulating ability upon transplantation. Effects of donor age, cell number, and transplantation procedure. J. Exp. Med. 156, 1767–1779 (1982). | Article | PubMed | ISI |

44.Harrison, D. E. Long-term erythropoietic repopulating ability of old, young, and fetal stem cells. J. Exp. Med. 157, 1496–1504 (1983). | Article | PubMed | ISI |

45.Ogden, D. A. & Micklem, H. S. The fate of serially transplanted bone marrow cell populations from young and old donors. Transplantation 22, 287–293 (1976). | PubMed | ISI |

46.Liang, Y. , Van Zant, G. & Szilvassy, S. J. Effects of aging on the homing and engraftment of murine hematopoietic stem and progenitor cells. Blood 106, 1479–1487 (2005). | Article | PubMed |

47.Chen, J. , Astle, C. M. & Harrison, D. E. Genetic regulation of primitive hematopoietic stem cell senescence. Exp. Hematol. 28, 442–450 (2000). | Article | PubMed | ISI |

48.Van Zant, G. , Scott-Micus, K. , Thompson, B. P. , Fleischman, R. A. & Perkins, S. Stem cell quiescence/activation is reversible by serial transplantation and is independent of stromal cell genotype in mouse aggregation chimeras. Exp. Hematol. 20, 470–475 (1992). | PubMed |

49.Rossi, D. J. et al. Cell intrinsic alterations underlie hematopoietic stem cell aging. Proc. Natl Acad. Sci. USA 102, 9194–9199 (2005). | Article | PubMed |

50.Linton, P. J. & Dorshkind, K. Age-related changes in lymphocyte development and function. Nature Immunol. 5, 133–139 (2004). | Article | 51.Charge, S. B. & Rudnicki, M. A. Cellular and molecular regulation of muscle regeneration. Physiol. Rev. 84, 209–238 (2004). | Article | 52.Gibson, M. C. & Schultz, E. Age-related differences in absolute numbers of skeletal muscle satellite cells. Muscle Nerve 6, 574–580 (1983). | Article | PubMed |

53.Conboy, I. M. , Conboy, M. J. , Smythe, G. M. & Rando, T. A. Notch-mediated restoration of regenerative potential to aged muscle. Science 302, 1575–1577 (2003). | Article | PubMed | ISI |

54.Brack, A. S. , Bildsoe, H. & Hughes, S. M. Evidence that satellite cell decrement contributes to preferential decline in nuclear number from large fibres during murine age-related muscle atrophy. J. Cell Sci. 118, 4813–4821 (2005). | Article | PubMed |

55.Conboy, I. M. & Rando, T. A. Aging, stem cells and tissue regeneration: lessons from muscle. Cell Cycle 4, 407–410 (2005). | PubMed |

56.Schultz, E. & Lipton, B. H. Skeletal muscle satellite cells: changes in proliferation potential as a function of age. Mech. Ageing Dev. 20, 377–383 (1982). | Article | PubMed | ISI |

57.Bockhold, K. J. , Rosenblatt, J. D. & Partridge, T. A. Aging normal and dystrophic mouse muscle: analysis of myogenicity in cultures of living single fibers. Muscle Nerve 21, 173–183 (1998). | Article | PubMed |

58.Bortoli, S. et al. Gene expression profiling of human satellite cells during muscular aging using cDNA arrays. Gene 321, 145–154 (2003). | Article | PubMed |

59.de Grey, A. A strategy for postponing aging indefinitely. Stud. Health Technol. Inform. 118, 209–219 (2005). | PubMed | 60.Fabrizio, P. et al. Sir2 blocks extreme life-span extension. Cell 123, 655–667 (2005). | Article | PubMed |

61.Morgan, J. E. & Partridge, T. A. Muscle satellite cells. Int. J. Biochem. Cell Biol. 35, 1151–1156 (2003). | Article | PubMed | ISI |

62.Sigal, S. H. , Brill, S. , Fiorino, A. S. & Reid, L. M. The liver as a stem cell and lineage system. Am. J. Physiol. 263, G139–G148 (1992). | PubMed | ISI |

63.Oh, S. H. , Hatch, H. M. & Petersen, B. E. Hepatic oval 'stem' cell in liver regeneration. Semin. Cell Dev. Biol. 13, 405–409 (2002). | Article | PubMed | ISI |

64.Gage, F. H. Stem cells of the central nervous system. Curr. Opin. Neurobiol. 8, 671–676 (1998). | Article | PubMed | ISI |

65.Leri, A. , Kajstura, J. & Anversa, P. Cardiac stem cells and mechanisms of myocardial regeneration. Physiol. Rev. 85, 1373–1416 (2005). | Article | PubMed | ISI |

66.Ben Porath, I. & Weinberg, R. A. The signals and pathways activating cellular senescence. Int. J. Biochem. Cell Biol. 37, 961–976 (2005). | PubMed |

Stem cells, ageing and the quest for immortalityThomas A. Rando Nature 441, 1080-1086(29 June 2006) | doi:10.1038/nature04958

Stem cells, ageing and the quest for immortality
Thomas A. Rando
Nature 441, 1080-1086(29 June 2006) | doi:10.1038/nature04958