Nature:基因组测序诠释裸鼹鼠长寿、抗癌等机理
Eurekalert · 2011/10/13
该研究首次从基因组、转录组水平上对裸鼹鼠奇特的生物学特性进行了诠释,不仅阐明裸鼹鼠的抗癌生理机理,同时对促进其他生物学和生物医学研究也具有十分重要的意义。

2011年10月13日,裸鼹鼠基因组研究成果在国际顶尖杂志《Nature》上在线发表。该研究首次从基因组、转录组水平上对裸鼹鼠奇特的生物学特性进行了诠释,不仅有助于科学家们更加清楚地阐明裸鼹鼠能在黑暗、低氧等恶劣环境中生存并且能够保持长寿和抗癌的生理机理,同时对促进其他生物学和生物医学研究也具有十分重要的意义。

裸鼹鼠是一种分布于东非部分地区的挖掘类啮齿目动物,也是目前仅有的两种真社会性哺乳动物之一(另一种是达马拉兰鼹鼠)。它们居住在地下洞穴,全身无毛,牙齿外突,状如香肠,是世界上最丑陋的动物之一。由于它们终生生活在黑暗的地下,眼睛高度退化,几乎完全丧失了视觉,仅依靠身体两侧的触须来辨认方向。裸鼹鼠虽属哺乳动物,但是它们却像冷血动物一样,通过与环境的热交换来调节体温,这种现象在哺乳类动物中实属罕见。

裸鼹鼠

裸鼹鼠最吸引科学家的特性还是其长达30多年的寿命,远长于其只有4~5年寿命的近亲--大鼠和小鼠,同时它们还能在低氧、高CO2浓度的地下环境中生活,对酸辣的刺激不敏感是其对高CO2环境的长期适应进化结果,然而更引人注意的是裸鼹鼠对癌症具有超级免疫力,目前尚未有其患癌症的正式报导。这些奇特的生物学特性使科学家们对裸鼹鼠产生了浓厚兴趣,希望能够通过多组学研究,揭开其奇特的生物学特性,探讨其“长生不老”秘笈,挖掘其“抗痛抗癌”之机理,为人类抗衰老、抗癌症等生物医学研究作出更多贡献。

科研人员采用新一代测序技术对一只雄性裸鼹鼠进行测序、组装和注释,判断出裸鼹鼠的基因组大小约为2.6Gb,并预测其含有22,561个基因。通过研究分析发现,裸鼹鼠和大鼠、小鼠的祖先约在7300万年前分化,其基因组有93%的区域与人或大鼠、小鼠保持较好的共线性关系。同时,研究人员利用比较转录组的方法,研究了不同年龄之间、暴露在不同氧气浓度下的裸鼹鼠的转录表达差异,鉴定出一批可能与衰老、低氧适应有关的基因。

研究人员发现:TERT等衰老调控基因的稳定表达,可能与裸鼹鼠的长寿相关;p16Ink4a与p19Arf的独特调控机制可能是裸鼹鼠抗癌的重要因素;HIF1a和VHL的特异突变可能是裸鼹鼠具有低氧耐受性的原因之一。此外,研究人员还发现在裸鼹鼠基因组中有200多个基因发生了功能缺失,其中有10多个基因与视觉相关,这可能与裸鼹鼠视力的退化有重要关系。这些基因的缺失为研究人员从分子水平上深入探讨裸鼹鼠视力退化、体温调节发生障碍、无疼痛感、无毛等奇特生物适应性退化研究奠定了坚实的科研基础。

裸鼹鼠是一种高度特化的物种,对环境的高度适应使其进化出不同于其他物种的生物学特性,其基因组的解读为后续的功能研究奠定了良好的基础。基于目前已有的成果,我们仍将通过比较基因组、比较转录组、比较甲基化组等方法,进一步研究裸鼹鼠抗衰老、抗癌症、低氧适应性和独特社会行为等分子机制,希望裸鼹鼠能够成为生物学和生物医学研究的新模型。


相关英文论文摘要

Genome sequencing reveals insights into physiology and longevity of the naked mole rat

The naked mole rat (Heterocephalus glaber) is a strictly subterranean, extraordinarily long-lived eusocial mammal. Although it is the size of a mouse, its maximum lifespan exceeds 30 years, making this animal the longest-living rodent. Naked mole rats show negligible senescence, no age-related increase in mortality, and high fecundity until death. In addition to delayed ageing, they are resistant to both spontaneous cancer and experimentally induced tumorigenesis. Naked mole rats pose a challenge to the theories that link ageing, cancer and redox homeostasis. Although characterized by significant oxidative stress, the naked mole rat proteome does not show age-related susceptibility to oxidative damage or increased ubiquitination. Naked mole rats naturally reside in large colonies with a single breeding female, the ‘queen’, who suppresses the sexual maturity of her subordinates. They also live in full darkness, at low oxygen and high carbon dioxide concentrations, and are unable to sustain thermogenesis nor feel certain types of pain. Here we report the sequencing and analysis of the naked mole rat genome, which reveals unique genome features and molecular adaptations consistent with cancer resistance, poikilothermy, hairlessness and insensitivity to low oxygen, and altered visual function, circadian rythms and taste sensing. This information provides insights into the naked mole rat’s exceptional longevity and ability to live in hostile conditions, in the dark and at low oxygen. The extreme traits of the naked mole rat, together with the reported genome and transcriptome information, offer opportunities for understanding ageing and advancing other areas of biological and biomedical research.

英文论文链接:http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature10533.html
 

 

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