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多篇论文同时揭示“返老还童”机制

2014/05/07 来源:生物探索
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导读
一直以来,抗衰老研究都是十分热门的领域。最近,《自然-结构与分子生物学》、《自然-医学》、《科学》等杂志同时刊登出4篇文章,从端粒酶、年轻血液、GDF11蛋白三个方面探讨了逆转衰老的新方法。

“长生不老”、“青春永驻”是人们永恒的梦想,一直以来,抗衰老研究都是十分热门的领域。最近,《自然-结构与分子生物学》、《自然-医学》、《科学》等杂志同时刊登出4篇文章,从不同角度探讨了逆转衰老的新方法。

Nat Struct Mol Biol:端粒酶原子水平结构首次得到解析

亚利桑那州立大学(ASU)Julian Chen与上海中国科学院Ming Lei教授(之前任职于密歇根大学)在《自然-结构与分子生物学》上发表文章,首次在原子水平上解析了端粒酶的结构,可能会揭开青春之泉的秘密。

端粒实际上就是一种DNA片段,由特殊的碱基序列构成。端粒的作用是保护染色体,由端粒酶来启动、制造和维持其功能。端粒酶的活性是调控衰老的关键因素。人年轻时,端粒酶的活性较大,容易维持和延长端粒。但在年老时,端粒酶活性低,难以维持端粒的长度,端粒就会缩短,因此衰老会慢慢显露。当端粒长度缩短到一定程度,会使细胞停止分裂,导致衰老与死亡。因此,有科学家认为,端粒长度决定着生物的寿命,端粒越长,寿命也就越长。2009年,诺贝尔生理学或医学奖就授予了发现端粒的三位科学家。

尽管科学家对端粒酶开展了多项研究,但是人们对端粒酶全酶(它是端粒酶复合体的最重要单元)的组装仍然知之甚少。Julian Chen的这项研究第一次从原子层面针对脊椎动物端粒酶复合物对蛋白质-RNA的相互作用进行了描述。在这篇文章中,研究人员报告了来自青鳉(Oryzias latipes)的端粒酶RNA(TR)第4、5保守区域(CR4/5)与端粒酶逆转录酶(TERT)TR结合结构域(TRBD)形成复合体的晶体结构。


此图描述了一个染色体上的端粒并显示了端粒酶活性所需的不同组分

该晶体结构显示CR4/5利用它的两臂固定在TRBD上,形成了L型的三向连接构象(three-way-junction conformation)。CR4/5的序列和构象是这种互作的必要条件。结构和突变分析表明,所观察到的CR4/5-TRBD识别普遍存在于在大多数的真核生物中。脊椎动物端粒酶RNA中的CR4/5在端粒酶调控中有可能发挥了与四膜虫端粒酶RNA中茎环IV(stem-loop IV)相似的作用。

这项工作受到了美国国立卫生院(RO1GM094450 to J.J.-L.C.)、中国科学技术部(2013CB910400 to M.L.)及中国科学院战略重点研究项目(XDB08010201 to M.L.)等资金的支持。

Nat Med:注入年轻血液让老白鼠局部返老还童

根据中国新闻网报道,来自斯坦福大学医学院的研究人员在《自然-医学》杂志上发布研究称,他们在对白鼠的实验中可能发现了如何减缓老化进程,以及甚至实现局部器官“返老还童”的办法。

研究人员表示,他们在实验中发现将年轻白鼠的血液注射到年老白鼠体内,有助于促进老年白鼠的脑功能。这组科学家还表示,他们还计划将进而展开人体实验,以便寻求开发出治疗失智症的方法。 最常见的失智症是阿尔兹海默症。

研究发现注射了年轻血液的老白鼠,脑功能运转恢复到了近似于年轻白鼠的水平。得到年轻血液注射的老白鼠的记忆表现远远高于同龄未被注射白鼠的水平。英国阿尔兹海默研究协会的专家表示,目前还不知道上述研究结果是否表明人体注射了年轻血液后也会有同样反应。

除增进脑功能外,注射了年轻血液的白鼠在肌肉功能方面也有所提高。专家称,他们可见在不远的未来会展开小规模范围内的人体实验。已经有批评人士指出,希望未来的人体实验用的是干细胞技术培植的血液,而不是直接从年轻人身上抽血,否则容易引发道德争议。

Science:GDF11蛋白可逆转小鼠衰老迹象

根据生物通报道,来自哈佛干细胞研究所的研究人员在《科学》杂志上连发两篇论文证实,以往他们发现能够使得老年小鼠的衰竭心脏变得更像年轻健康小鼠心脏的一种蛋白质,以相似的方式改善了衰老小鼠的大脑和骨骼肌功能。

哈佛大学干细胞与再生生物学系 Amy Wagers 教授和 Lee Rubin 教授是这两篇论文的资深作者。他们报告称,注入一种称作为 GDF11 的蛋白质( GDF11 存在小鼠和人类之中),可以改善年龄相当于70岁老人的老年小鼠的运动能力,并提高老龄小鼠大脑嗅觉区的功能——它们能够像年轻小鼠一样识别气味。他们表示,不出意外的话,他们期望能够在3-5年内推动 GDF11 进入人类临床试验。

这两项研究以两种方式检测了 GDF11 的影响。在第一项研究中,研究人员利用了所谓的联体生活系统,将两只小鼠通过手术连接在一起,年轻小鼠的血液循环通过老年的小鼠。第二项研究是给年老小鼠注入了 GDF11 。在早些时候的一项研究中, Wagers 和两篇论文的作者之一、Brigham 妇女医院的 Richard Lee 证实, GDF11 足以逆转心脏衰老的一些特征。

哈佛干细胞研究所副主任 Doug Melton 表示:“这两篇不同寻常、令人兴奋的研究论文事实上指出了一个可能的答案:当我们年轻时我们拥有的 GDF11 蛋白的水平较高。这似乎没有什么问题,至少在一些动物体内, GDF11 具有恢复老化肌肉和脑功能的惊人能力。”他指出,相比老年小鼠, GDF11 在年轻小鼠中的自然浓度要高的多,提高老年小鼠 GDF11 的水平改善了迄今为止研究的每个器官系统的功能。

Wagers 说:“从以往的研究看来, GDF11 似乎是心脏特异性的。但新研究表明它在多个器官和细胞类型中活化。”新研究证实 GDF11 帮助了老年小鼠从肌肉损伤中恢复过来,提高了它们在跑步和握力测试中的表现。Rubin 则表示:“我们知道老年小鼠大脑的某些情况很糟糕,神经发生数量减少,众所周知认知能力下降。”

在新研究中,研究人员看到神经干细胞增多,大脑中血管发育增强。小鼠 3D 大脑重建和磁共振成像(MRI)结果表明,有更多的新血管和更多的血流量,这两者通常都与更年轻、更健康的脑组织相关联。 Rubin 说:“年轻的小鼠拥有敏锐的嗅觉辨别力。当我们测试年轻小鼠时,它们避开了薄荷气味;老年小鼠则不会。然而接触到年轻小鼠血液以及用 GDF11 处理的老年小鼠则可以。”

Rubin 说:“我们认为 GDF11 改善了血管和血流量,这与神经发生增加有关联。GDF11 对于大脑的其他区域应该还有更广泛的影响。我们认为,至少从原理上,应该有一种办法采用一种蛋白来逆转某些老年退化。一个类似 GDF11 的分子或 GDF11 自身有可能能够逆转衰老损伤。不出问题的话, GDF11 或是由此开发的一种药物有可能在阿尔茨海默氏症中具有价值。”

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