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干细胞基因组中发现的衰老线索

发表于 2018-03-02

潜伏在果蝇的干细胞中的是一点不朽的暗示。


霍华德休斯医学研究所(HHMI)调查员Yukiko Yamashita及其同事发现,产生精子的干细胞使用遗传技巧来保持世代不变。随着年龄增长,果蝇基因组的某些部分变短。但值得注意的是,一些生殖细胞可以修复萎缩,Yamashita的团队2018年2月13日在eLife杂志上报道。


这种基因组缩小可能会导致衰老 - 并暗示选择细胞可能会阻止它。到目前为止,科学家们只在酵母中才观察到这种现象。如果结果适用于人类,他们可以洞察大多数细胞随着时间的推移而恶化。


在这项研究中,密歇根大学生命科学研究所的Yamashita及其同事专注于编码核糖体DNA或rDNA的重要基因。这些基因为组成核糖体的部分提供指导,这些细胞机器将RNA分子转化为人体所需的每种蛋白质。


为了制造足够的关键任务机器,单元需要大量的rDNA指导手册。大多数基因仅限于单个遗传位置,但rDNA基因在基因组的多个位点重复。例如,在人类中,五条染色体含有一段rDNA基因,每个位点包含数百个重复拷贝。这种基因重复使细胞能够产生足够的核糖体原料以保持细胞嗡嗡声。


但冗余会带来成本。当细胞复制重复的DNA链并分裂时,细胞就会滑落。“最终的结果是,每个周期都会有一些副本丢失,”Yamashita说。“他们正在从染色体中跳出来。”


这种损失与单细胞酵母的老化有关。但对于多细胞生物,rDNA在衰老中的作用一直是个谜。Yamashita和她的同事检测了果蝇睾丸中干细胞中的rDNA基因。这些称为生殖干细胞的细胞可以连续分裂,每次创造自身和精子细胞的复制。


在果蝇中,rDNA基因的链在X和Y染色体上发现。研究人员发现,与年轻雄性果蝇相比,老年男性在Y染色体上缺乏rDNA基因 - 留下它们缩小的Y染色体。


更重要的是,这种rDNA的缺乏似乎是代代相传的。Yamashita及其同事发现,老年飞蝇父亲(40天龄)将其减少的rDNA基因数量传给他们的儿子。这些儿子的rDNA基因拷贝比年轻父亲出生的儿子少得多。


但随后研究人员看到了令人惊讶的事情。在很多情况下,这种rDNA损失本身就会逆转。在大约10天龄时,父亲所生的儿子已经找到了足够的rDNA,可与年轻父亲生的儿子相比。Yamashita说:“这种恢复是我们没有想到的。结果提示,儿子rDNA复兴可能是干细胞如何从父亲到儿子持续存在的关键方面。研究人员还不知道这种重置是否也可能发生在卵巢中的雌性干细胞。


尽管还有更多的工作要做,但Yamashita怀疑类似的重新设计可能适用于某些人类细胞,包括干细胞和癌细胞。“当然,我们不是苍蝇,”她说,但如果推动赌注,她会下赌注,人类中的某些不朽细胞可以执行同样的恢复活力,以防止随着年龄增长而出现的rDNA下降。


这些永恒生命的瞥见 - 当他们从父亲走向儿子时可以更新自己的细胞 - 是山下的魅力所在。她说,通过寻找某些细胞如何持续保持年轻的暗示,该项目“触及了生殖细胞的不朽秘密”。

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