超过十年的研究表明,核仁——真核细胞核中最大的结构——在衰老过程中扮演着关键角色。现在,一项新研究分析了酵母细胞,发现核仁的大小会影响其功能,并且它并不是均匀生长的,而是在生命的大部分时间里保持较小,直到最后迅速扩张。
研究人员将这种行为视为一种“死亡定时器”,并希望未来对人类干细胞中核仁行为的研究能够创造出延长细胞寿命的方法。
核仁由DNA和RNA蛋白质组成,是真核细胞核中最大的结构(负责保存生物体染色体),并且包含核糖体DNA或rDNA。由于rDNA编码核糖体的RNA部分,核仁至关重要。但其重复性也使其成为细胞中最脆弱的结构之一,受损甚至可能导致细胞死亡。幸运的是,当生物体年轻时,核仁相对较小,一项新研究(由纽约威尔康奈尔医学院的科学家进行并在《自然衰老》期刊上发表)表明,核仁的大小可能影响生物体的整体健康。
换句话说,保持健康意味着保持小。威尔康奈尔医学院的研究合著者杰西卡·泰勒(Jessica Tyler)在一份新闻声明中表示:“衰老是这些疾病的最大风险因素。与其分别治疗每种疾病,更好的方法是开发一种疗法或补充剂,通过防止导致疾病的潜在分子缺陷来推迟疾病的发生。”
为了测试这一理论,泰勒与威尔康奈尔医学院的博士后研究员伊格纳西奥·古铁雷斯(Ignacio Gutierrez)分析了酵母的核仁,因为其内部机制与人类细胞非常相似。他们人为地将rDNA固定在细胞核膜上,以控制rDNA是否锚定。这种固定技术足以使核仁保持紧凑,延迟衰老的程度类似于其他技术,如已被证明可以减缓健康成年人生物衰老的热量限制。核仁的大小是衰老的核心,较大的核仁具有更不稳定的rDNA,并且是“泄漏的”,这意味着它允许不应存在的蛋白质和其他因素进入。
“凝聚物的整个目的是分离生物反应以帮助它们高效工作,但现在当有其他蛋白质进入核仁时,会导致基因组不稳定,这会触发寿命的结束。”泰勒在新闻声明中说道。这就是为什么热量限制(保持核仁较小)是一种有效的抗衰老方法。但在此之前,科学家们一直难以解释为什么会这样。
“我们系统的优势在于,我们可以将核仁大小与其他所有抗衰老策略的效果区分开来。”古铁雷斯在新闻声明中说道。然而,一旦泰勒和古铁雷斯分析了酵母核仁的行为,他们发现其生长并不是均匀的。相反,该结构在细胞生命中的大部分时间里保持较小,然后在死亡前迅速扩展。“当我们看到这不是线性增长时,我们知道一些真正重要的事情正在发生。”
研究人员将这种行为描述为一种“死亡定时器”——在达到一定大小阈值后,细胞平均只能再存活五次分裂,然后死亡。当然,酵母并不是人类细胞的完美1:1模型,因此下一步是在人类干细胞中测试这种“死亡定时器”。由于干细胞具有多能性(可以分化为各种细胞),了解如何让它们持续更长时间可能对对抗衰老产生深远影响。这项研究恰逢其时——一些专家认为,针对衰老的研究可能会比对抗疾病对延长人类寿命和健康寿命产生更大的影响,因为疾病往往是衰老不良影响的结果。
事实证明,衰老研究中的下一个大事物可能是非常小的。事实上,越小越好。
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