“蛋白質合成對細胞來說是一個極耗能的過程,當細胞投入寶貴資源生產蛋白時,其他重要功能很可能就會被忽視。我們的工作表明,正常和異常老化的一個驅動器會加速蛋白質周轉(protein turnover),”文章通訊作者、Salk研究所首席科學官和副總裁Martin Hetzer說道。
注:Waterlow在1978年用“蛋白質周轉”這一術語來描述蛋白質在體內的動態變化。蛋白質周轉代謝是生物表現生命活動力的重要動力學過程。
早年衰老癥候群是一種非常罕見的遺傳病,患者的衰老速度是正常人的8-10倍,患病兒童往往過早死亡。分子致病機理是細胞核結構蛋白核纖層蛋白A(lamin A)的罕見突變,但單一核蛋白突變為何會成倍的加速機體老化,一直原因不明。
最初文章一作Abigail Buchwalter認為,可能是突變動搖了lamin A的結構,使其壽命變短。于是,她用穩定的同位素標記(Stable Isotope Labeling By Amino Acids In Cell Culture,SILAC)處理早衰患者和健康人的成纖維細胞,試圖跟蹤低血清培養條件下的細胞蛋白質周轉。經質譜測量無胰蛋白酶肽的前提下,正常細胞lamin A在6天內明顯地周轉了,lamin B則非常穩定。但是, HGPS細胞(意指早衰患者的成纖維細胞)所有類型lamins(包括lamins A/C, lamin B1和lamin B2)的蛋白質周轉都明顯加速了。
這一意外發現鼓勵了研究人員去分析整個核仁(nucleolus)蛋白質組的周轉頻率。結果發現,除了少數例外,HGPS細胞絕大多數蛋白質周轉都顯著提速了。這推翻了之前的觀點,證明早衰癥不僅僅歸咎于lamin A突變!
“核仁是組裝核糖體的主要區域,而核糖體是組裝蛋白質的場所,我們第一次證明了早衰癥患者細胞的整體蛋白質代謝都發生了變化,”Buchwalter說。
本研究還分析了年齡范圍從12到84歲的志愿者細胞,發現因蛋白質表達水平增加,健康細胞中核仁大小伴隨老化而增大,表明核仁大小不僅可能是衰老相關的一個生物標志,而且很可能是對抗早衰和正常衰老的一個靶點。
一些研究曾指出,降低蛋白質合成能延長小鼠和線蟲的生命,本研究為這些結論提供了確鑿證據。
Hetzer實驗室計劃繼續探索核仁大小與衰老的關系,爭取將其開發成一個可靠的生物標志物。“雖然還不能完全肯定,但我們認為衰老是一個線性過程,利用衰老標記物追蹤老化進程對解開人類衰老之謎非常有用。”Hetzer說。
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