诺丁汉大学的研究人员已经指出,一种扁虫如何克服老化进程而成为潜在的长生不老生物。
这项发表在PNAS上的发现,可能给人类细胞上减缓老化和减少年龄相关特点的可能性带来一线希望。
涡虫蠕虫明显的无限再生能力使科学家惊讶不已。研究人员已经研究他们取代老化或损伤组织与细胞的能力,以了解它们长寿机制。
诺丁汉大学生物学院的Aziz Aboobaker博士说,"我们已经研究了2种涡虫蠕虫,一种是象我们人一样有性生殖,另一种是无性生殖,只是一分为二。这两种蠕虫通过生长新肌肉、皮肤、肠道甚至是整个大脑而出现不确定的反复再生。
通常当干细胞分裂,治愈伤口或生殖期间或是生长时,它们就开始显现老化迹象。这意味着干细胞不再能够分裂而因此变得不太能够取代机体组织中衰竭的专门化细胞。我们正在老化皮肤也许是这个效应最明显的例子。涡虫蠕虫和它们的干细胞在某种程度上能避免老化过程,保持细胞分裂。
与老化细胞相关的事件之一就是端粒长度。为了正常地成长和发挥功能,机体细胞必须保持分裂以取代破损或损伤的细胞。在这一分裂过程中,遗传物质的拷贝必须传递给子代细胞。细胞内遗传信息被设置在称为染色体的DNA双螺旋链内。在这些链的末端就是一种称为端粒的保护帽。端粒已经被比喻为阻止鞋带磨损或与其他链缠绕的鞋带保护头。
细胞每分裂一次,保护性端粒帽就变得更短。当它们变得太短时,细胞就丧失了更新与分裂的能力。在一种不死的动物中,因而我们希望细胞能无限地保持端粒长度以便宜于它们持续复制。Aboobaker博士预计,涡虫蠕虫主动保持其成年干细胞染色体的两端,导致形成理论的长生不老。
以前获2009年诺贝尔生理医学奖的研究工作已指出,端粒可通过端粒酶的活性来维持。在许多有性生殖生物中,这种酶只在发育早期最活跃。于是随着我们变老,端粒开始减少长度。
这个研究项目确定了一种基因编码这种酶并下调其活性的可能涡虫。这导致形成减少的端粒长度,并证明它正是那个基因。然后,他们能满怀信心地测量其活动和产生的端粒长度,发现无性蠕虫在再生时大大增加了这种基因的活性,使干细胞在分裂替换丢失组织时维持其端粒。
但是,让研究小组迷惑的是,有性生殖的涡虫蠕虫没有出现以相同方式维持端粒长度。他们所观察到的无性与有性动物的区别很是奇怪,因为它们都有无限再生的能力。研究小组认为,有性生殖蠕虫最终将表现端粒缩短的效应,或者它们能利用另一种不涉及端粒酶的机制来维持端粒。
无性涡虫蠕虫示范了再生期间保持端粒长度的潜力。这些数据满足了一个预测,即动物潜在的不老需要什么,这种情况下的进化也是可能的。下一个目标就更详细地了解这种机制并了解关于如何进化一种不死动物的更多知识。
这个令人兴奋的研究大大有助于对涉及老化的一些过程的基本认识,并建立其他生物包括人的改善健康和延年益寿的坚实基础。(生物谷bioon.com)
doi:10.1073/pnas.1118885109
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Telomere maintenance and telomerase activity are differentially regulated in asexual and sexual worms
Thomas C. J. Tana, Ruman Rahmanb, Farah Jaber-Hijazia,Daniel A. Felixa, Chen Chena, Edward J. Louisa, and Aziz Aboobakera
In most sexually reproducing animals, replication and maintenance of telomeres occurs in the germ line and during early development in embryogenesis through the use of telomerase. Somatic cells generally do not maintain telomere sequences, and these cells become senescent in adults as telomeres shorten to a critical length. Some animals reproduce clonally and must therefore require adult somatic mechanisms for maintaining their chromosome ends. Here we study the telomere biology of planarian flatworms with apparently limitless regenerative capacity fueled by a population of highly proliferative adult stem cells. We show that somatic telomere maintenance is different in asexual and sexual animals. Asexual animals maintain telomere length somatically during reproduction by fission or when regeneration is induced by amputation, whereas sexual animals only achieve telomere elongation through sexual reproduction. We demonstrate that this difference is reflected in the expression and alternate splicing of the protein subunit of the telomerase enzyme. Asexual adult planarian stem cells appear to maintain telomere length over evolutionary timescales without passage through a germ-line stage. The adaptations we observe demonstrate indefinite somatic telomerase activity in proliferating stem cells during regeneration or reproduction by fission, and establish planarians as a pertinent model for studying telomere structure, function, and maintenance