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一篇题为《多国科学家揭示白蚁蚁后改变基因延长寿命的秘密,或为人类抗衰老研究提供启发》的译文:拥有相同基因组的工蚁和蚁后,工蚁平均寿命仅为 56 天,而蚁后的寿命则超过 20 年。如此差距,对同一物种而言,令人唏嘘。研究结果揭示了长寿白蚁繁殖抵抗衰老的几种机制:蚁后能避免 DNA 损伤积累,且具有更强的修复能力,同时能维持线粒体的功能和周转,并减少抗氧化防御。同时,其体内与营养相关的基因也发生了改变,其中胰岛素样肽基因 ilp9 表达上调了 800 倍,参与脂肪合成的 mdy 基因发生了下调。这些对蚁后的衰老延缓均有一定帮助(原文链接:https://www.nature.com/articles/s42003-021-02974-6)。
笔者认为,上述所谓的揭示抵抗衰老的几种机制都不是导致蚁后长寿的直接原因,而是有可能通过这些机制来影响端粒(或/和rDNA)的缩短速率,从而导致蚁后比工蚁长寿。因为提高NAD+也能提高维护线粒体和减少DNA损伤,但对小鼠延寿不明显,而蚁后寿命为20年,这是工蚁56天寿命的128倍。再说,最近也发现,细胞核的DNA损伤积累不会引起机体的衰老[Robinson, P.S., Coorens, T.H.H., Palles, C. et al. Increased somatic mutation burdens in normal human cells due to defective DNA polymerases. Nat Genet 53, 1434–1442 (2021). ],以及许多能靠无性繁殖的物种并不会因为DNA损伤而发生衰老。
工蚁和蚁后,工蜂和蜂王都拥有相同的基因,但幼虫期受到激素或蜂王浆的诱导,就会导致发育方向不同,使体型和寿命都产生了显著的差异。
拥有相同的基因但向不同方向发育的本质,就是相同基因的不同的细胞分化,更详细的说是基因表达调控的差异。就像皮肤细胞和肝细胞虽然基因相同,但基因表达和蛋白质种类却是不一样的,例如,皮肤细胞和肝细胞都有白蛋白基因,但白蛋白基因在皮肤细胞中是处于沉默的状态,在肝细胞中却是处于激活的状态。
笔者提出过,端粒(或/和rDNA)是作为驱动基因程序化表达的“时序驱动器”[黄必录.细胞衰老的端粒DNA和核糖体DNA共调控假说[J]. 医学争鸣,2021,12(3):15–21.],再加上端粒(或/和rDNA)缩短速率会受到其它基因的调控,有很大的变量,因此,由于工蚁和蚁后基因表达不完全相同,就有可能影响到端粒(或/和rDNA)的缩短速率,使蚁后端粒(或/和rDNA)的缩短速率大大慢于工蚁,所以蚁后寿命大大长于工蚁。
端粒DNA合成过程需要先用一小段RNA作为引物,端粒DNA合成完后要切除引物,就会导致端粒缩短,这就是端粒缩短的末端复制问题的假说。但是,由于RNA引物是很短的,理论上,人类细胞每个复制周期只能缩短5个核苷酸左右。然而,很多因素都会影响端粒的缩短速率,使端粒能够有很大的变量。人类细胞每次分裂端粒会缩短50-200bp,细胞只能分裂50次左右,寿命是100岁,如果能让细胞每次分裂端粒只缩短5pb,细胞能够分裂500次,人类至少能活1000岁。下面列出几个端粒缩短速率有很大的变量的例子:
von Zglinicki等[von Zglinicki T, Saretzki G, Docke W, et al. Mild hyperoxia shortenstelomeres andinhibits proroliferation of fibroblasts: a model for senes-cence? Exp Cell Res,195,220(1):186~193.]发现,人成纤维细胞在正常条件下可以传44~45代,每次分裂使端粒缩短90bp,而当细胞在40%的高压氧下培养时却只能传几代,每次分裂使端粒缩短的速率由原来的90bp增大到500bp。
Kian等[Kilian A et al. Proc Natl Acad Sci U S A.1995: 92 9555.]发现大麦在胚芽时端粒长度为80kb,但成熟后端粒迅速缩短到只剩下30kb。
温暖湿润的春天,苋菜能够生长很长时间和长得很高大才会开花结籽,但笔者在白菜苗圃地发现,因凉爽干燥的秋季发芽的苋菜,在很短时间内就会迅速开花结籽,可能是受到低温的刺激启动了加速端粒的缩短机制,以加速发育提早开花结籽,抢在霜冻之前完成生儿育女,防止断子绝孙,这种生存策略是进化选择的结果。还有,芥菜隔年的种子也有提前开花结籽的现象,可能是隔年引起种籽端粒缩短或隔年种子在萌发后端粒加速缩短。-原创:黄必录
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GMT+8, 2024-10-19 22:38
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