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线虫基因改良后寿命延长5倍繁殖减少20%

2020-01-19 10:06:49  来源:新浪科技

北京时间1月19日消息,据国外媒体报道,科学家最新研究表明,通过调整线虫体内DNA中的几个关键基因,其寿命延长5倍,这是一个巨大的“生命质变”:一条普通线虫仅能存活3-4周,但当抑制DAF-2和RSKS-1这两种特殊基因时,它能够存活几个月时间。

科学家多年前就将这些基因与长寿联系起来,他们发现当这些基因活性作用关闭时,线虫和其他生物的寿命会延长,然而这些基因衰老过程中的确切作用仍是一个谜团。

目前,研究人员将这两种基因与线粒体之间的结合点连接起来,发现其结合点像微型发电站一样,为人体提供能量。随着生物体的衰老,线粒体开始出现故障,但是DAF-2和RSKS-1基因静默之后,似乎能够延缓这种损伤,并延长寿命,至少在线虫身体上是这样的。但只有时间才能告诉我们,这种抗衰老疗法是否适用于包括人类在内的哺乳动物。

多米诺效应

科学家在20世纪90年代首次意识到DAF-2基因与衰老现象之间的联系,当时研究小组发现当线虫携带变异基因时,其寿命是正常线虫的两倍,这一发现开启了衰老研究的新时代,即一个由基因及其副产物驱动的时代。

研究报告合著作者、加州巴克衰老研究所教授Pankaj Kapahi说:“这就像是该领域的规则改变者,因为人们开始相信单个基因可以延长寿命。”

随着时间的推移,研究小组发现更多的长寿基因,包括RSKS-1基因,但越来越多的证据表明,这些特殊的基因片段并不是孤立存在的,相反它们与一组其他基因和蛋白质协同工作,触发一种称为“信号通路”的细胞级联活动。把信号通路想象成一排排多米诺骨牌,当一张骨牌倒下时,就会碰倒另一张骨牌,最终引起复杂的连锁反应。

DAF-2和RSKS-1基因分别位于一个重要的信号通路——胰岛素信号通路,它有助于控制血糖水平和物质代谢,同时,ROR通路能够改变细胞构建蛋白质的方式,从而改变蛋白质的生长和增殖,但是科学家尚不清楚这些途径如何在一个衰老有机体中交叉反应。

为了揭晓这种衰老效应从何而来,研究人员对基因突变线虫的细胞进行了观察,发现这两种基因活性作用已被抑制。在蛋白质构建过程中,细胞可以利用各种机制增加或者减少特定蛋白质的产生,研究小组发现,在变异线虫体内,细胞生成一种叫做“细胞色素C”的蛋白质副本,其数量远低于正常线虫。

线粒体的具体作用

细胞色素C出现在线粒体内膜上,帮助负电荷电子穿过该结构,负电荷电子在蛋白质之间的转移可使线粒体产生能量,但在突变线虫中,细胞色素C应当出现一个缺口,由于无法像正常情况那样高效制造燃料,线粒体会降低能量产生,转而专注于修复受损组织。

随着能量存储下降,一种叫做AMPK的燃料感应酶开始加速,帮助线虫转换成一种更有效的能量代谢形式,这一系列复杂事件最终产生一种长寿线虫,其体内细胞可保持健康状态,直到年老时基本没有损伤。

随着年龄的增长,蛋白质将受到损害,如果一些与基因相关的通路受抑制而关闭,你就会观察到蛋白质受损更小,此外,研究表明,某些身体组织,例如:肌肉和大脑组织,只要这些通路关闭,这些身体组织可能会更加健康。

长寿线虫对人类的启发

总体而言,这种基因改良线虫为了修复老化细胞,减少了蛋白质和能量产生,具体来讲,动物生殖细胞中缺少细胞色素C在该过程中起到关键作用。研究报告作者称,可能是线虫在低能量模式下暂停了与繁殖相关的过程。

当生物体进入饥饿模式,它们也会做出类似的反应,如果没有充足的营养,细胞将对身体发送信号,提示繁殖后代“暂停一段时间”,上世纪90年代科学家对衰老线虫的研究也支持了这一观点,在该项研究中,基因变异线虫的寿命是正常线虫的两倍,但它们的后代数量也减少了五分之一。

线虫的衰老过程并不单纯是一个被动过程,它似乎涉及一些混乱的生物学通路,这些通路共同作用于调节新陈代谢、蛋白质结构和潜在的繁殖后代。虽然类似线虫的基因机制也存在于人体,但科学家仍不知道是否衰老进程能在这两种生物体以同样的方式进行,如果存在差异的话,那就是人类的衰老过程可能更加复杂。

虽然抑制胰岛素和TOR信号通路似乎能够延长线虫寿命,但科学家不知道人类通过该方式是否能实现长寿,亟待更多的试验进行验证,如果哺乳动物体内也有类似的能力,那么药物干预就变得可行了,换句话说,首先在线虫身体上进行的抗衰老实验必须在哺乳动物身体上重复进行,之后才能知道该方案是否能在人类身体奏效。

与衰老相关的基因通路开关似乎是线虫所独有的,但如果我们不提这些问题,我们就永远不会知道它的功能。(叶倾城)

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