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细胞衰老的关键机制

核心提示:来自Fred Hutchinson癌症研究中心的科学家们第一次确定了细胞衰老过程早期发生的关键事件。通过一系列酵母实验生成的这些研究发现前所未有地阐明了构成衰老过程的复杂的一系列事件,为了解遗传和饮食等环境因子如何相互作用影响寿命、衰老和癌症、神经退行性疾病等衰老相关疾病铺平了道路。

  【中国生物产业网www.cnbioindustry.cn】2012年11月22日讯  来自Fred Hutchinson癌症研究中心的科学家们第一次确定了细胞衰老过程早期发生的关键事件。通过一系列酵母实验生成的这些研究发现前所未有地阐明了构成衰老过程的复杂的一系列事件,为了解遗传和饮食等环境因子如何相互作用影响寿命、衰老和癌症、神经退行性疾病等衰老相关疾病铺平了道路。

  研究获得了一些出人意料的发现,将衰老和寿命的某些方面与细胞储存营养物的一种机制联系起来。研究结果描述在11月21日的《自然》(Nature)杂志上。

  领导这一研究的是Hutchinson中心基础科学部成员Daniel Gottschling博士和Gottschling 实验室博士后研究人员Adam Hughes。Gottschling还是美国国家科学院院士、美国艺术与科学学院、华盛顿国家科学院和美国微生物学会成员。

  研究人员发现酵母中液泡(vacuole)的酸度对于衰老和线粒体功能至关重要。他们还描述了一种有可能并行存在于人类细胞中的新机制,热量限制就是通过这一机制来延长寿命。

  研究初始,Hughes和Gottschling在线粒体中搜查了衰老相关损伤的来源。

  Gottschling 说:“通常线粒体呈美丽的长管状,然而随着细胞衰老,线粒体变得不完整且粗短。在衰老酵母中看到的形状改变也可在某些人类细胞如神经元和胰腺细胞中观察到,且这些改变与人类许多衰老相关的疾病有关。”

  是什么导致随细胞衰老线粒体变形和功能失调一直是一个谜,Gottschling和Hughes发现液泡中的特异改变直接导致了其功能失调。

  在人类和其他生物体中液泡的对应物——溶酶体有两个主要职责:降解蛋白以及为细胞储存分子构件。为了完成这些任务,液泡的内部必须是强酸性的。

  Hughes和Gottschling发现在酵母生命较早期液泡酸度减少,至关重要的是,酸度下降阻碍了液泡存储某些营养物质的能力。这反过来破坏了线粒体的能量来源,导致它们发生故障。相反,当Hughes组织液泡酸度下降时,线粒体功能和形状得以维持,酵母细胞活得更久。

  “直到现在,人们认为液泡分解蛋白的作用是最重要的。我们惊讶地得知重要的是储存功能,而非蛋白质降解,在衰老酵母细胞中它似乎引起了线粒体功能障碍,” Hughes说。

  意外的发现促使Hughes和Gottschling调查了热量限制对于液泡酸度的影响,众所周知热量限制可以延长酵母、线虫、果蝇和哺乳动物的寿命。他们发现热量限制(这里是指限制细胞需要的原材料)至少部分通过提高液泡的酸度来延缓了衰老。

  “现在我们在酵母中获得了热量限制如何延长寿命的初步数据,我们希望可将其转化到像人类一样的更高等生物中,” Hughes说。鉴于酵母和人类细胞基础生物学的相似性,研究人员新确定的细胞“食物”与衰老机制之间的联系可能对认识导致人类衰老相关疾病的事件很有帮助。

  “许多的科学文献和大众媒体近来报道饮食如何影响衰老过程,但一直显得非常的混乱。现在我们有了一个新的范例来了解遗传和环境如何相互作用影响了寿命、衰老和年龄相关的疾病。这是我真正感到兴奋的地方,” Gottschling说。

  Gottschling和Hughes推测如果液泡酸度下降限制了它储存某些营养物质和代谢产物的能力,它们有可能在细胞中累积,充满线粒体。不堪重负的线粒体用完所有的能量,基本上烧毁它们的马达来摄入剩余物。它们不再有能力输入维持美丽形状及执行常规职责所需的蛋白,线粒体完全故障。 Gottschling和他的同事们现在正详细研究这一假说。他们还探究了是什么触动了液泡酸度的最初下降。

  研究人员对后面的研究问题尤其感兴趣是因为他们发现即便随着酵母母细胞衰老液泡酸度下降,它们新生子细胞的液泡酸度却是正常的。这对应了从前的研究结果即所有的酵母子细胞都具有相同的潜在寿命,不管它们母亲的年龄多大。子细胞液泡酸度的重置是在细胞再生(cellular rejuvenation)中观察到的最早的事件。细胞再生是指衰老相关的缺陷看似在生物体子代抹去的一种现象。这有可能帮助解释细胞分裂行为自身促成衰老的机制。

  Gottschling说:“这些结果只是 一个‘十年兴趣课题’的最新章节。”他和同事们在过去的10年获得了几个里程碑式的发现,包括发现衰老酵母细胞显示了与人类癌细胞相同的基因组不稳定性,证实线粒体功能障碍导致了这种不稳定性。Gottschling研究小组还开发了创新的工具来影响了酵母作为模式生物的能力,包括一种称作Mother Enrichment Program的技术让研究人员能够生成大量的衰老酵母细胞,使得实验更为高效。

  Gottschling 说:“利用酵母研究衰老等复杂事物是有价值的,因为大量的研究获得了对这一机制的理解。可用于研究酵母的遗传和细胞生物学工具是无与伦比的。有了合适的工具,就如同有了新的眼镜,你可以看到从前看不到的东西。一旦你看是看到新的事物,你就可以详细地研究它们的运作机制。”

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编辑:Cassie.D

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