新证据!长端粒抗衰老作用被证实
2017/03/29
在衰老领域,端粒是热门的研究方向之一。诺贝尔生理学或医学奖得主Elizabeth Blackburn在接受采访时表示,可以说,端粒的长度决定着生物的寿命。近日,来自Gladstone研究所的科学家们发现了防止小鼠形成衰老相关人类疾病的关键机制,再次证实了长端粒的保护作用。

在衰老领域,端粒是热门的研究方向之一。3月27日,Journal of Clinical Investigation 杂志发表了一篇题为“Long telomeres protect against age-dependent cardiac disease caused by NOTCH1 haploinsufficiency”的论文。来自Gladstone研究所的科学家们发现了防止小鼠形成与衰老相关的人类疾病的关键机制,证实了长端粒的保护作用。


端粒是染色体末端的一种结构,对维持人类基因组的稳定至关重要。端粒的本质和染色体一样,都是DNA序列。打个比方说,端粒就像“鞋带两头的塑料封套”,保证鞋带不会松开。但端粒自身也有寿命。它被称作“生命时钟”,细胞每分裂一次,端粒就缩短一次,当端粒不能再缩短时,细胞就无法继续分裂而死亡。

端粒损伤与衰老相关疾病有关,但端粒长度究竟是如何影响人类疾病的很大程度上依然是一个谜。在这项研究中,科学家们使用了携带与心脏病相关人类基因突变的小鼠。结果发现,缩短这类小鼠的端粒导致了心脏瓣膜和血管中致命的钙积累。

钙化性主动脉瓣疾病(Calcific aortic valve disease,CAVD)会导致钙在心脏瓣膜和血管中积累,直到它们像骨头一样坚硬。目前这类疾病只能通过心脏手术置换瓣膜来治疗。CAVD会随着年龄的增长发生,与NOTCH1基因突变有关。


该研究的通讯作者Deepak Srivastava博士

小鼠与人类的不同

人类每个基因通常有2个拷贝。当其中一个拷贝丢失时,剩余的基因可能无法产生足够的蛋白,维持其相应的功能。虽然在人类中,当这些蛋白水平减半时,常常会导致疾病的发生,但拥有相同类型基因变化的小鼠经常能免于疾病的危害。科学家们并未找出这背后的原因。

在这项研究中,科学家们将端粒长度与患这些类型疾病的风险或者对这些疾病的抵抗性进行了关联。事实上,实验室中的小鼠拥有比人类更长的端粒。现在,研究人员认为,正是这一点使它们“避开”了年龄相关基因疾病,如CAVD。

对小鼠模型的特殊设计

由于仅携带NOTCH1突变不能在小鼠中诱导瓣膜疾病,因此,研究人员创建了一种不仅丢失NOTCH1基因一个拷贝,同时端粒更短的小鼠模型。值得注意的是,这种端粒更短且携带NOTCH1突变的小鼠表现出了在人类中观察到的所有心脏异常,包括瓣膜钙化。端粒最短的小鼠心脏损伤最大,一些小鼠甚至在新生时就表现出了瓣膜疾病的迹象。科学家们认为,端粒长度通过改变与CAVD相关通路中的基因表达,影响着疾病的严重程度。

先前的研究表明,与同龄的健康个体相比,瓣膜钙化的患者具有更短的端粒。此外,一些携带NOTCH1突变的患者是在50多岁时患上CAVD,而其他携带NOTCH1突变的患者一出生就患有致命的瓣膜异常。基于这一新发现,研究人员猜测,端粒长度可能解释了疾病严重程度的多样性。

长端粒的其它保护证据

斯坦福大学参与该研究的科学家在先前的研究中曾证实,缩短杜氏肌营养不良症小鼠模型的端粒也引发了更多human-like疾病。这些结果提出了一种可能性,即端粒长度可能是许多突变相关疾病的“保护伞”。

目前,研究人员正计划使用CAVD小鼠模型来测试几个潜在的药物,他们希望能够开发出针对该疾病的首个药物治疗方法。

参考资料:

Longer telomeres protect against diseases of aging: A tale of mice and men

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Science:衰老和癌症的关键——控制端粒长度的因子被发现

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  • Long telomeres protect against age-dependent cardiac disease caused by NOTCH1 haploinsufficiency

    Diseases caused by gene haploinsufficiency in humans commonly lack a phenotype in mice that are heterozygous for the orthologous factor, impeding the study of complex phenotypes and critically limiting the discovery of therapeutics. Laboratory mice have longer telomeres relative to humans, potentially protecting against age-related disease caused by haploinsufficiency. Here, we demonstrate that telomere shortening in NOTCH1-haploinsufficient mice is sufficient to elicit age-dependent cardiovascular disease involving premature calcification of the aortic valve, a phenotype that closely mimics human disease caused by NOTCH1 haploinsufficiency. Furthermore, progressive telomere shortening correlated with severity of disease, causing cardiac valve and septal disease in the neonate that was similar to the range of valve disease observed within human families. Genes that were dysregulated due to NOTCH1 haploinsufficiency in mice with shortened telomeres were concordant with proosteoblast and proinflammatory gene network alterations in human NOTCH1 heterozygous endothelial cells. These dysregulated genes were enriched for telomere-contacting promoters, suggesting a potential mechanism for telomere-dependent regulation of homeostatic gene expression. These findings reveal a critical role for telomere length in a mouse model of age-dependent human disease and provide an in vivo model in which to test therapeutic candidates targeting the progression of aortic valve disease.

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