寿命最长的细胞表面结构

日本培养出长寿命人体细胞
 来源:光明日报 记者 刘文玉
新华社东京1月31日电日本研究人员成功地在实验室中将人体细胞寿命延长了约百分之三十。据认为,这一成果有助于抗衰老研究、基因疗法研究以及人工培育移植用的器官。据《日本经济新闻》报道,这项实验是由日本通产省工业技术研究院生命工学工业技术研究所进行的。细胞分裂的次数越多,其生存时间就越长。人体细胞分裂次数的上限一般为50-60次。研究人员注意到,癌细胞可以持续旺盛分裂,寿命比普通细胞长得多。他们找到了促使癌细胞分裂的遗传基因,并将这种基因植入正常的肺细胞。结果发现,肺细胞分裂次数增加到70-80次,而且并未发生癌变。取人体细胞在体外培养,进行基因重组后再植入体内,用以治疗由基因缺损引起的疾病,是基因疗法的主要研究方向。但细胞寿命有限,在培养完毕之后,往往已衰老到不能履行使命。用人体细胞人工培育移植用的器官时,也会遇到类似问题,日本科学家的成果为解决这一问题提供了新的可能。
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光明网版权所有  在一项新的研究中,来自美国密歇根州立大学的研究人员发现,脂肪含量较高的细胞的寿命要比脂肪含量较低的细胞长。相关研究结果于日发表在PLoS Genetics期刊上,论文标题为“An Energy-Independent Pro-longevity Function of-Triacylglycerol in Yeast”。  这项研究对更大的生物(如人类)产生影响,这是因为这些研究结果支持一种被称作“肥胖悖论”的现象。这一概念指的是超重的人具有最低的由各种原因引起的死亡率,然而,足够奇怪的是,身材苗条的人的死亡率与归类为微胖界的人大体相当。密歇根州立大学生物化学家和分子生物学家Min-Hao Kuo说,“这种肥胖悖论让众多学科的科学家感到困惑。但是当论及作为研究人类衰老的完美模式生物的酵母时,增加细胞中的甘油三酯(或者说脂肪)含量会会延长它们的寿命。”  Kuo的研究小组是世界上首次证实甘油三酯(triacylglycerol ,TAG)含量与寿命之间存在正相关关系。他补充到,这种关联支持这种肥胖悖论理论。  TAG是一种在包括动物、植物和真菌在内的所有真核生物中发现的脂质。众所周知,这种脂质能够储存过多的能量,提供隔热功能,而且在细胞内积累以便应对很多环境应激。然而,令人费解的是,TAG如何影响寿命。  Kuo说,“我们的小组利用基因方法操纵[酵母中的]甘油三酯(TAG)产生和降解的能力。通过一番复杂的分析,我们证实通过一种很大程度上不依赖在酵母和人类中常见的其他寿命调节途径的机制保全寿命。”  Kuo的小组做的第一件事就是剔除TAG肪酶,即将这种脂质降解为较小的分子以便用于包括能量获取在内的用途。因为不能够利用TAG,这些酵母就在它们的细胞中积累脂肪。此外,Kuo和他的同事们还通过增加用于TAG合成的酶表达,增加这种脂肪的产生。  在这两种情形中,通过阻断TAG降解和促进它的产生,酵母细胞含有更多的脂肪,拥有更长的寿命。相反地,被剥夺TAG合成能力的酵母细胞比较苗条,但是死得更早。再者,让在其他方面都正常的酵母菌株过表达TAG脂酶促进TAG降解,这也会让酵母细胞寿命更短。  有趣的是,这些脂肪含量较高寿命长的酵母细胞似乎并没有出现明显的生长缺陷。它们交配,产生子细胞。它们也具有正常的抵抗不同环境应激的能力。另一方面,其他延长寿命的常用方法,如热量限制(caloric restriction)和剔除在营养物检测中起关键性作用的基因,经常导致细胞生长缓慢,或者对环境应激耐受性较差。  尽管Kuo的小组猜测这种延长寿命的功能也存在于人类中,但是他们到目前为止还没有证明在人类中,TAG也能够导致这种耐人寻味的现象。不过,这项研究为研究包括人类在内的高级生物的寿命提供一个新的角度。
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&&&&&&&&&& 端粒(Telomere):是的末端部分,它除保证DNA完整复制外,还在维持染色体结构稳定(保护染色体不分解和染色体重排及末端不相互融合等),染色体在细胞中的定位(使之不随机分布)和引起细胞衰老等方面起着重要作用。
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新细胞中,细胞每分裂一次,染色体顶端的端粒就缩短一次,当端粒不能再缩短时,细胞无法继续分裂,染色体就会相互末端融合,导致细胞死亡或触发染色体组产生与癌症早期症状相关的重排。
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除了老龄化而造成的固定丢失外,随机突变也可以导致大量的随机性缺失,从而极大缩短未成熟的,健康的细胞的端粒长度。Baird’s 的小组集中研究胎儿肺部组织里的未成熟的,健康的细胞。它们的端粒收缩到一个临界长度(&77bp)。Baird表示,&这些是正常的人类细胞,它们拥有长的,具有一定功能的端粒。你根本不希望它有任何端粒的问题&。
目前,英国加的夫大学Duncan Baird和他的同事发现引发染色体融合的最短的端粒长度。临界端粒长度是12.8个重复(长度为6bp),如果端粒再短一点,染色体就会末端融合(R. Capper et al . Genes Dev. doi:10.1101/gad.07)。Baird暗示,如果没有足够长的端粒帽子,细胞就会把染色体末端默认为断裂的DNA链,并试图把它们拼凑到一块。
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分子肿瘤学家Dominique Broccoli指出,新研究结果支持一个争议:有价值信息是最短的端粒长度而不是平均长度。她表示,&了解不会引发染色体融合的端粒的最短长度很重要,这个课题人们已经讨论很长一段时间了。&
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法国原子能委员会放射学与肿瘤学部门Laure Sabatier也表示,&科学家曾猜想其他健康细胞也可以发生染色体融合,而这次终于首次证明了情况发生的可能性。同时,也暗示了甚至正常细胞的增殖过程也会发生端粒的大部分丢失。Baird估计实验室中未发育成熟的,健康的人类细胞每一百万个就有4个端粒融合。
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此外,研究人员从一个全新的角度入手,获悉染色体会越过它们耗尽了的端粒互相融合。每个末端以易错的机制化学凝聚,然后自身产生大量的DNA缺失。这种接合机制称为微同源介导的末端连接&&借助它们互补碱基对序列微小切面对准并接连两个末端--有时长度仅为6nt。Broccoli指出,这象征了一个有趣的新的由端粒驱动的基因组重排途径。
图片说明:端粒的大小是非常重要的:端粒(图中光亮处)保护染色体的末端。

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