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Nature:中國學者發(fā)現線粒體“超氧炫”可預測壽命

2014-02-13 21:14 閱讀:1714 來源:生物360 責任編輯:林曉楓
[導讀] 壽命是可以預測的嗎? 日前,北京大學分子醫(yī)學研究所程和平課題組與北京生命科學研究所董夢秋課題組在《自然》(Nature)報告稱,3日齡秀麗線蟲中線粒體超氧炫頻率可以預測其壽命長短。 3日齡秀麗線蟲中線粒體超氧炫 線粒體是動植物細胞中廣泛存在的一種細胞

    壽命是可以預測的嗎?

    日前,北京大學分子醫(yī)學研究所程和平課題組與北京生命科學研究所董夢秋課題組在《自然》(Nature)報告稱,3日齡秀麗線蟲中線粒體“超氧炫”頻率可以預測其壽命長短。
 


    3日齡秀麗線蟲中線粒體“超氧炫”

    線粒體是動植物細胞中廣泛存在的一種細胞器,掌管能量代謝、應激與細胞凋亡,同時也是細胞活性氧自由基生成的主要場所。早在1972年,Harman就猜想線粒體是驅動衰老生物鐘的核心部件,提出了“線粒體衰老學說”,即細胞線粒體自由基損傷的累積導致機體的衰老。然而,這個學說卻一直苦于沒有合適手段來進行實驗驗證。
 


    線粒體超氧炫“數字鐘”與衰老生物鐘的關系模型

    2008年,程和平課題組采用新穎的線粒體定位的超氧探針cp-YFP,觀察到單個線粒體內超氧陰離子自發(fā)性爆發(fā)現象,稱之為線粒體“超氧炫”。細胞內超氧炫在時間和空間上隨機發(fā)生,與線粒體呼吸、ATP合成、鈣信號、基礎活性氧水平等緊密相關。可以說,超氧炫是反應線粒體功能狀態(tài)的“數字鐘”。

    超氧炫數字鐘與衰老生物鐘是否偶聯在一起呢?為了研究這個問題,作者選取了線蟲作為實驗對象。線蟲平均壽命僅為21天,是衰老研究的常用模型;且其個體小、通體透明,適于從生到老全程***觀測。作者構建了表達超氧探針的轉基因線蟲,實驗發(fā)現,線蟲咽部肌肉的線粒體超氧炫在成蟲第3天和第9天出現兩個明顯峰值,前者對應于線蟲生命周期中繁殖力最活躍、生理機能最旺盛時期,而后者則對應于線蟲衰老死亡的起始點。

    不同的基因背景可影響線蟲的平均壽命長短,如daf-2(胰島素受體)突變線蟲平均壽命為39天,而hsf-1(熱休克蛋白轉錄因子)突變線蟲僅為15天。通過在29個不同遺傳背景中進行系統(tǒng)研究,作者揭示了3日齡超氧炫頻率與平均壽命呈負相關,非線性回歸分析得出59%壽命變化可以用超氧炫來預測。除了遺傳背景差異,壽命也受到環(huán)境因素的影響。在26種不同環(huán)境條件下(如限食,熱休克,高糖飼喂等),超氧炫的頻率可以預測70%的壽命變化。即使對于同一遺傳背景、同一環(huán)境條件中的群體,它們的個體壽命受隨機因素影響而變化,3日齡超氧炫頻率依然保持與個體壽命負相關的規(guī)律。而9日齡超氧炫頻率與個體壽命則沒有相關性。進一步實驗還解釋了在daf-2突變蟲株中,通過線粒體超氧炫指征的線粒體功能狀態(tài)反應其壽命長短的機制。

    超氧炫作為線粒體機能狀態(tài)參量可以預測壽命長短變化,尤其是生命早期、機體功能最旺盛時的線粒體機能狀態(tài)與壽命呈負相關,這是一個出人意料的發(fā)現。從生命早期超氧炫數字鐘的節(jié)拍就能推測其衰老生物鐘快慢的實驗結果,支持了廣義的線粒體衰老學說,即線粒體是遺傳、環(huán)境和隨機因素調控衰老的一個共同節(jié)點。與此同時,該發(fā)現還為程序化衰老學說(programmedtheoriesofaging)提供了迄今為止最有說服力的實驗證據。

    用超氧炫數字鐘來一窺衰老的奧秘有望開啟新的研究方向。目前,線蟲上得到的結論是否可以推廣到高等動物,以及如何闡釋相關性規(guī)律背后的生物學機制等,尚有待進一步研究。


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