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衰老或寿命的遗传开关

什么时候真正开始衰老?最近,美国西北大学的两位科学家给出了一个分子线索。在对秀丽隐杆线虫进行的一项研究中,他们发现,当动物达到生殖成熟后,成年细胞突然开始走下坡路。这项研究,以一项十年研究为基础,将发表在七月二十三日发行的《Molecular Cell》。

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一个遗传开关,通过关闭保护细胞的应激反应,开始了衰老过程,应激反应可通过保持重要的蛋白质是折叠的和功能性的,来保护细胞。该开关是由生殖干细胞在成年早期开启,在动物开始繁殖后。

研究人员报告说,虽然这项研究是在线虫中进行的,但是这些结果对人类也有一定的影响。科学家确定,这个遗传开关和其他组件,在所有动物(包括人类)的衰老中扮演保守的角色,从而为将来的研究提供了靶标。(线虫具有类似于人类的生化环境,是衰老生物学研究一个热门工具,并作为人类疾病的模型。)

了解关于“质量控制系统如何在细胞中起作用”的更多信息,将来可以帮助研究人员弄清楚“如何为人类提供更好的细胞生活质量”,因此延缓与衰老相关的退行性疾病,如神经退行性疾病。

这项研究的资深作者Richard I. Morimoto说:“如果人们能在其一生中保持较长时间健康和丰富的生活,社会不就更好了吗?我非常感兴趣的是,尽可能地保持质量控制系统处于最佳状态,现在我们有了一个靶标。我们的研究结果表明,应该有一种方法,打开这个基因开关,并通过提高我们老化细胞的抵抗力,来保护它们。”

在线虫中,衰退是从进入成年期的八小时开始--所有的开关都切断动物的细胞应激保护机制。Morimoto及其博士后研究人员、论文第一作者Johnathan Labbadia发现,是负责制造卵子和精子的生殖干细胞控制着这个开关。

在动物中,包括人类和线虫,热休克反应是合适的蛋白质折叠和细胞健康所必需的。衰老与质量控制的下降有关,所以,Morimoto和Labbadia特别关注秀丽线虫的热休克反应。

Morimoto说:“我们看到,在成年早期开始,保护性热休克反应出现了一个戏剧性的崩溃。”Morimoto和Labbadia发现,遗传开关发生在一个有机体的两大组织(生殖细胞和体细胞)之间,它们决定着物种的未来。一旦生殖细胞完成其功能并产生精子和卵子,它就发送信号到细胞组织,关闭保护机制,从而开始成年动物的衰退。

Morimoto说:“线虫告诉我们,衰老不是一系列连续的事件,有不少人认为它是。在一个系统中,我们通过实验发现了衰老的一个非常精确的开关。所有这些应激通路(确保组织功能的稳健性)对于生命是必不可少的,所以我们意想不到的是,进入成年期8小时后遗传开关开始打开,从而导致热休克反应和其他细胞应激反应的同时抑制。”

使用遗传和生物化学相结合的方法,Morimoto和Labbadia发现,在成年早期的一到四小时内,保护性热休克反应急剧下降,这正是在生殖成熟的开始。动物在行为上仍然表现正常,但科学家可以看到分子的变化,以及蛋白质质量控制的下降。

在一个实验中,研究人员阻止生殖细胞,不让其发送信号关闭细胞的质量控制。他们发现,成年动物的体组织仍然是强大的和抗应激的。

Morimoto说:“这些结果很有趣。在某种意义上,我们有一种超级抗应激的动物,可强劲地对抗各种细胞的应激和蛋白质伤害。这一遗传开关为我们未来的研究提供了一个靶标。”

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