两篇Cell:剖析饥饿导致长寿是触发了什么分子开关
2016/05/04
新发现的在线虫中提高寿命和促进健康的基因开关,在哺乳动物中也和寿命增加相关。两篇Cell解释了相关机制,于4月28日在线发表在Cell上,并将刊登于5月19日的杂志上。


新发现的在线虫中提高寿命和促进健康的基因开关,在哺乳动物中也和寿命增加相关。这为用药物调控这些开关以达到提高人体代谢能力和寿命提供了希望。

这些基因开关叫做表观遗传开关,由加州大学伯克利分校和瑞士洛桑联邦理工学院的科学家共同发现。这些开关是一些酶。它们在动物的生命周期中,在发育早期应激反应后增加,并继续影响基因的表达。

研究者观察近交系小鼠发现它们的寿命完全不同,最长寿命的小鼠比短寿的显著地高表达这些酶。

伯克利的教授Andrew Dillin说:“我们发现的和寿命密切相关的两个酶,是所发现的和小鼠寿命最强的基因相关性。而且它们都是自然发生的变异。基于从线虫中看到的,促进这些酶表达能够重新调整你的新陈代谢,创造更佳的健康状态和延长寿命。”

两篇Cell解释了相关机制,于4月28日在线发表在Cell上,并将刊登于5月19日的杂志上。

饥饿导致更长的寿命

几十年来,研究人员发现营养能否可获得和早期发育与成年健康和新陈代谢之间存在相关性。减少细胞的能量生产可能会减缓衰老过程,使生物体活得更长。

令人困惑的是,这些能量限制必须发生在发育的特定期以影响衰老的进程。这个状况表明了在机体的整个生命过程,存在了一个关键的代谢开关可以改变细胞的功能。这些变化如何感知的机制仍然是难以琢磨的,所以研究者着手于研究细胞的能量工厂线粒体。

当线粒体的功能在模式动物的特殊发育时期关闭时,动物活得更长。瞬时的代谢变化能够改变细胞读取DNA的方式,关闭一些基因而扩增另一些,影响成年后的健康。

在2002年Dillin发现在发育中的线粒体压力几乎能够成倍增加线虫的寿命。在新的研究中,研究人员描绘出了这个过程是如何工作的。

他们发现线粒体压力激活大脑中的酶影响DNA折叠,暴露出一段包含在线粒体工作中的1500个基因的DNA片段。第二组酶标记这些基因,影响它们和动物寿命相关的活性,造成线粒体如何产生能量的永久性变化。

大脑的饥饿开关


第一套酶——甲基化酶,特别是LIN-65,将DNA添加甲基基团,从而使启动子沉默、抑制基因表达。通过暴露线粒体基因,第一套酶为第二套酶——去甲基化酶提供了工作的平台。jmjd-1.2 和jmjd-3.1增加线粒体基因的转录。当研究人员在蠕虫中人工提高去甲基化酶的产生,所有的线虫都活得更长。

通过改变表观遗传状况,这些酶可以切换和关闭基因。这种情况只发生在线虫的大脑中感受饥饿或饱食的区域。这些基因在检测动物营养状况的神经元中表达,而后这些信号发出到周边改变外周。

当他们在长寿和短寿的小鼠中分析这些酶时,他们发现在长寿的小鼠的大脑中这些基因上调,但在其它组织和短寿的小鼠中则不是的。

在这些酶激活的线粒体基因中有参与身体对未折叠蛋白的反应,这是个压力的迹象。对其它蛋白重新折叠的蛋白的活性增加是另一个长寿的标志。

这些观察表明,通过表观遗传酶对衰老的逆转也可能发生在人类中。

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