加州大學圣地亞哥分校的分子生物學家和生物工程師揭示了衰老之謎背后的關鍵機制:他們分離了細胞在衰老過程中的兩種不同途徑,并設計了一種新的方式對這些過程進行基因編程以延長壽命。
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這一研究成果7月17日公布在Science雜志上。
我們人類的壽命取決于單個細胞的衰老。為了了解不同的細胞是否以相同的速率和相同的原因衰老,研究人員分析了釀酒酵母中的衰老,這是研究衰老機制(包括皮膚和干細胞衰老路徑)的易處理模型。
科學家們發現,具有相同遺傳物質,處于相同環境中的細胞可以以截然不同的方式衰老,它們的命運會通過不同的分子和細胞軌跡展開。為此研究團隊使用微流控技術,計算機建模和其他技術,進行深入分析,他們發現大約一半的細胞通過核仁穩定性的逐漸下降而衰老,核仁是合成蛋白質生產“工廠”關鍵成分的核DNA區域。而另一半年齡則是由于其線粒體功能失調所致,線粒體是細胞的能量產生單位。
細胞在生命的早期就走上了核仁或線粒體的兩條不同衰老路徑,并在衰老和死亡的整個生命過程中遵循著這種“衰老路徑”。研究人員發現了指導這些衰老過程的主要電路。
“為了了解細胞是如何做出這些決定的,我們確定了每個衰老途徑及其之間聯系的分子過程,揭示了控制細胞衰老的分子電路,這就像是控制家用電器的電路,” 文章作者,加州大學圣地亞哥分校生物科學系分子生物學部副教授Nano Hao說。
Hao等人開發了一種新的衰老模式模型,發現他們可以操縱并最終優化衰老過程。計算機模擬幫助研究人員通過修改其分子DNA,對主分子電路進行重新編程,從而能夠通過遺傳方式創建一條新穎的衰老路線,該路線具有顯著延長的使用壽命。
郝說:“我們的研究提出了合理設計基因或化學療法來重新編程人類細胞如何衰老的可能性,目的是有效地延緩人類衰老并延長人類健康。”
現在,研究人員將在更復雜的細胞和生物體中,以及最終在人體細胞中測試他們的新模型,尋找相似的衰老途徑。他們還計劃測試化學技術,評估治療劑和藥物“雞尾酒”組合如何指導長壽途徑。
研究的共同作者之一,分子生物學生物學教授Lorraine Pillus說:“本文所介紹的許多工作得益于一支強大的跨學科團隊。我們團隊的一個重要優勢是,我們不僅進行建模,還進行實驗以確定模型是否正確。這些迭代過程對于我們正在進行的工作至關重要。”
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