【Science】长生不老不是梦!基因编程黑科技揭秘衰老关键机制!

2020
07/24

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Lauren / 转化医学网
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近日,加州大学圣地亚哥分校的研究人员通过微流体、计算机建模等技术,揭秘了衰老背后的关键机制。

导言:衰老是不可违抗的生命规律,但衰老的程度、衰老的快慢则是因人而异的。近日,加州大学圣地亚哥分校的研究人员通过微流体、计算机建模等技术,揭秘了衰老背后的关键机制。还通过使用基因编辑技术延缓了细胞的衰老。这一研究进展加快了人类逆转衰老的步伐。

每个人都希望延缓衰老、永葆青春。近日,加州大学圣地亚哥分校(University of California San Diego)的研究人员称,他们已经解开了衰老过程背后的关键机制:分离出细胞在衰老过程中的两种不同路径,并设计了一种新的方法——通过基因编程来延长细胞寿命。他们的研究在7月17日发表在《科学》杂志上,题为“A programmable fate decision landscape underlies single-cell aging in yeast”

人类的寿命是由个体细胞的老化决定的。为了了解不同的细胞是否以相同的速度和相同的原因老化,研究人员研究了酿酒酵母。这是一种研究衰老机制的可操作模型,也适用于皮肤和干细胞的老化路径。

我们都知道,许多损伤因素,包括染色质不稳定、线粒体功能障碍和活性氧都有助于细胞衰老。染色质不稳定性和线粒体衰退是导致细胞老化的保守过程。尽管这两个过程已经在它们各自不同的信号通路的背景下分别被探索过,但是决定哪个过程在单个细胞老化过程中起主导作用的机制还是未知的。

科学家们发现,具有相同遗传物质、处于相同环境中的细胞会以截然不同的方式衰老,它们的命运通过不同的分子和细胞轨迹展开。利用微流体、计算机建模和其他技术,他们发现大约一半的细胞随着核仁稳定性的逐渐下降而衰老,核仁是合成蛋白质工厂的关键成分。相比之下,另一半则因线粒体功能障碍而衰老。

染色质沉默和线粒体途径之间的相互作用导致酵母复制老化的表观遗传景观,其中多重平衡状态代表不同类型的老化终末状态。在衰老过程中,景观的结构促使单细胞向这些状态之一分化,因此其命运很早就决定了,对细胞内的噪音不敏感。在老化景观定量模型的指导下,研究人员从基因上改造了一个以延长寿命为特征的长寿平衡状态。

在生命早期,细胞踏上了核仁或线粒体的路径,并在整个生命周期中通过衰老和死亡遵循这一衰老路径。在控制中心,研究人员发现了一个引导这些老化过程的主电路。

生物科学部分子生物学科副教授、该研究的资深作者Nan Hao博士表示,“为了了解细胞是如何做出这些决定的,我们确定了每一条老化路线背后的分子过程以及它们之间的联系,揭示了一个控制细胞老化的分子电路,类似于控制家用电器的电路。”

Hao和他的合作者们开发了一种新的老化景观模型,他们发现他们可以操纵并最终优化老化过程。计算机模拟帮助研究人员通过修改主分子电路的DNA,使他们能够创造一种新的以显著延长寿命为特征的老化途径。

Hao表示,“我们的研究提出了合理设计基因或化学疗法来重新编程人类细胞老化的可能性,我们的目标是有效地延缓人类衰老,延长人类健康寿命。”

研究人员现在将在更复杂的细胞和生物体中测试他们的新模型,并最终在人类细胞中寻找类似的衰老途径。他们还计划测试化学技术,并评估治疗和药物“鸡尾酒”的结合如何引导长寿之路。

该研究合著者、该校分子生物学教授Lorraine Pillus说:“这篇研究的大部分工作都得益于一个强大的跨学科团队的组建。这个团队最重要的一点是,我们不仅要建模,还要进行实验,以确定模型是否正确。这些迭代过程对我们的工作至关重要。”

参考:

【1】https://www.genengnews.com/news/key-mechanisms-behind-aging-process-unraveled/

【2】https://science.sciencemag.org/content/369/6501/325/tab-pdf


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关键词:
细胞,衰老,老化,过程

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