十多年的研究表明,核仁——真核细胞核中最大的结构——在衰老过程中起着关键作用。现在,一项新的研究分析了酵母细胞,指出核仁的大小会影响其功能,并且它并不是均匀生长的,而是在生命结束前迅速扩大。
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(保存生物体染色体的地方)中最大的结构,包含核糖体DNA(rDNA)。由于rDNA编码核糖体的RNA部分,核仁至关重要。然而,其重复性也使其成为细胞中最脆弱的结构之一,损伤甚至可能导致细胞死亡。幸运的是,在生物年轻时,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》杂志上发表)显示,核仁的大小可能影响生物的整体健康。
换句话说,保持健康意味着保持小。
“衰老是这些疾病的最大风险因素,”威尔康奈尔医学院的研究合著者Jessica Tyler在一份新闻声明中说,“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,通过预防导致这些疾病的潜在分子缺陷来延迟疾病的发生。”
其中一种效应可能是细胞核仁的总体大小。为了测试这一理论,Tyler与威尔康奈尔医学院的博士后研究员Ignacio Gutierrez一起分析了作为模型生物的酵母细胞,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的大小,并延迟衰老的程度类似于其他技术如热量限制,后者已被证明可以减缓健康成年人的生物衰老。核仁的大小对于衰老至关重要,较大的核仁具有更不稳定的rDNA,且“泄漏”,即让不应该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,从而触发寿命的终结。”Tyler在新闻声明中说。
这就是为什么热量限制(使核仁变小)是一种有效的抗衰老方法。但直到现在,解释其原因一直很困难。
“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。”Gutierrez在新闻声明中说。然而,一旦Tyler和Gutierrez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,该结构在其大部分生命周期中保持较小,然后在死亡前扩大。“当我们看到它的大小增加不是线性的时,我们知道发生了重要的事情。”
研究人员将这种行为描述为一种“死亡定时器”——在达到某个大小阈值后,细胞平均只存活五次分裂便死亡。
当然,酵母细胞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”。由于干细胞是多能的(可以分化为各种细胞),了解如何使它们更持久可能会对抵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有害效应的结果。
事实证明,衰老研究的下一个大突破可能非常小。事实上,越小越好。
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