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线粒体衰老学说还站得住脚吗?

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衰老的进程可以被延迟或者逆转吗?由指派专家 Jun-Ichi Hayashi教授(来自日本筑波大学)领导的研究表明,在人类细胞系中,这种情况是有可能的。研究发现,控制甘氨酸表达的两个基因在一定程度上与一些衰老特征密切相关。Hayashi教授和他的研究团队得出了这个令人振奋的发现,同时解答了衰老学说存在的一些争议。


线粒体衰老学说强调与年龄相关的线粒体缺陷是由线粒体DNA突变累积控制的。线粒体功能异常是许多物种(包括人类 )衰老的标志,线粒体是细胞呼吸的主要场所,被称为“Powerhouse”。线粒体DNA损伤导致DNA序列突变,DNA突变的累积与寿命的减少和早发衰老特征(包括体重减轻、头发脱落、脊柱弯曲和骨质疏松症等)密切相关。


然而,自相矛盾的结果越来越多,使人不得不怀疑这个理论的准确性。Tsukuba团队做了一个引人注目的研究,在这个研究中,他们得出了与衰老有关的线粒体缺陷并非由线粒体DNA突变累积控制的,而是受限于另外一种形式的基因调控,该研究结果于本月发布在 Scientific Reports上。他们研究了年轻人(从胚胎期-12岁)和老年人(80-97岁)成纤维细胞的线粒体功能,比较这两组人的线粒体呼吸和线粒体DNA损伤的累积,他们预计的结果是老年人组细胞呼吸减少、DNA损伤累积增加。然而,和之前的理论一致,老年人的细胞呼吸下降了,但是DNA 损伤的累积却和年轻人的没有差异。基于此,他们得出了与衰老有关的另外一种形式的基因调控,即表观遗传调控。


表观遗传调控是指化学结构或者蛋白质的添加等导致DNA物理结构发生变化,从而开启或者关闭基因。与突变不同的是,这种变化不改变DNA序列。如果这个理论正确,那么将细胞改编到胚胎干细胞的状态就可以消除任何与线粒体DNA有关的表观遗传变异。为了验证这个理论,研究人员将年轻人和老年人的成纤维细胞重编到胚胎干细胞的状态,并将重编细胞放置到成纤维母细胞中,检测其线粒体的呼吸功能。令人难以置信的是,与衰老有关的线粒体缺陷竟可以被逆转。无论是年轻人还是老年人,重编后的成纤维细胞呼吸率与胎儿成纤维细胞呼吸率一致。这表明线粒体的衰老是由表观遗传调控,并非由DNA突变调控。


研究人员随后寻找来了调控这些表观遗传的基因,并发现线粒体甘氨酸表达的两个调控基因( CGAT and SHMT2)。研究人员发现,通过改变这两个基因的调控,能够诱导或恢复成纤维细胞系的线粒体功能缺陷。还有个一个惊人的发现,在97岁老人的成纤维细胞中添加甘氨酸,10天后可恢复其细胞呼吸功能。这说明利用甘氨酸可以逆转老年人成纤维细胞中与衰老相关的功能缺陷。


该研究表明,与线粒体衰老学说相比,在成纤维细胞中,与衰老相关的呼吸缺陷受表观遗传控制。表观遗传调控能控制人类的衰老吗?这还有待验证,如果被证实,那么通过甘氨酸的补充可以让老年人重生。


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