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研究人員發現粒線體功能障礙如何導致過早衰老

研究人員發現粒線體功能障礙如何導致過早衰老
  • 粒線體缺陷導致疾病和老化的機制尚不清楚。 

  • 現在,研究人員首次揭示了粒線體缺陷與老化過程中關鍵訊號之間的關聯。 

  • 他們還描述了他們開發的基於光遺傳學的新技術如何幫助恢復異常粒線體相互作用的正常功能。

  • 這項研究首次正式將粒線體功能障礙與端粒縮短聯繫起來。 

這篇文章發佈在 eurekalert.org 上:

布法羅大學的研究人員及其合作者開發了強大的新方法來研究並可能逆轉導致粒線體疾病和過早老化的細胞機制。

粒線體提供了細胞正常運作所需的大部分能量,因此粒線體的遺傳缺陷可能會導致嚴重的疾病,如果不及早發現和治療,這些疾病可能會造成毀滅性的後果。 

但這些粒線體缺陷究竟如何導致疾病和老化尚不清楚。 今天發表的一篇論文 老化細胞 首次揭示了粒線體缺陷與老化過程中關鍵訊號之間的關聯。 在單獨的 自然通訊 在論文中,研究人員描述了他們基於光遺傳學開發的新技術如何幫助恢復異常粒線體交互作用的正常功能。

粒線體和端粒

衰老細胞論文首次將粒線體功能障礙與端粒縮短聯繫起來,端粒是過早衰老的關鍵生物標記。

「端粒是一種特殊的DNA 序列,充當穩定染色體末端的帽子,」布法羅大學雅各布斯醫學與生物醫學學院兒科遺傳學系教授兼系主任、醫學博士、博士濤生黃(Taosheng Huang) 解釋道。 。

「端粒的縮短通常被認為是老化的重要生物標記物,但長期以來,沒有人知道其中的機制。 現在我們能夠將粒線體功能障礙與端粒縮短直接聯繫起來,」該論文的資深作者黃說。

這些實驗是使用一種名為 Polg「突變體」的小鼠模型進行的,其中的小鼠攜帶特定的遺傳缺陷,會加速粒線體 DNA 突變的速度。

黃說:“我們還能夠在人類身上展示線粒體 DNA 中與線粒體功能不良並導致兒童線粒體疾病特別相關的單個核苷酸變化如何加速衰老。” “我們發現,由於粒線體功能不良,活性氧會隨著時間的推移導致 DNA 損傷增加。”

該論文首次表明,該模型中的粒線體 DNA 突變會導致更快的衰老,正如 DNA 時鐘所證明的那樣,DNA 時鐘根據 DNA 中的特定化學標記來估計個體的生物年齡。

黃指出,這項研究是所有作者成功合作的結果,其中包括開發 DNA 時鐘的加州大學洛杉磯分校人類遺傳學和生物統計學教授 Steve Horvath 博士,以及加州大學洛杉磯分校副教授 Patricia Opresko 博士。匹茲堡和馬尼托巴大學的Sabine Mai 博士都是端粒和端粒損傷的專家。

傑西‧斯隆 (Jesse Slone) 博士是辛辛那提兒童醫院醫學中心黃實驗室的前博士後,現在是布法羅大學兒科系的研究助理教授,也是本文的共同第一作者。 其他共同作者來自南昌大學和辛辛那提兒童醫院醫學中心。

該研究由美國國立衛生研究院的國家環境與職業健康研究所和國家老化研究所資助。

協調細胞相互作用

7 月 25 日發布, 自然通訊 論文揭示了光遺傳學如何利用光來操縱細胞活動,不僅可以用作研究工具,還可以用作即時協調細胞器相互作用的工具。

該論文重點關注粒線體動力學,即這些細胞器為維持細胞健康平衡而不斷經歷的過程。 它們進行裂變(一個粒線體一分為二)和融合(兩個粒線體融合在一起合而為一)。 細胞中兩種過程之間的不平衡可能導致粒線體疾病。

 「在《自然通訊》論文中,我們描述了我們開發的一項技術,該技術使我們首次能夠直接操縱細胞中粒線體和其他細胞器之間的相互作用,」黃說。

 黃解釋說:“通過利用光遺傳學迫使線粒體和另一種細胞成分溶酶體之間發生物理相互作用,我們能夠將線粒體恢復到更正常的大小,同時也改善了它們的能量生產功能。” “我們相信這一新發現可以作為未來診斷和治療此類疾病的基礎。”

這項工作是透過使用辛辛那提大學提供的一種名為結構照明顯微鏡 (SIM) 的強大成像技術而得以實現的,黃在就職於布法羅大學之前就開始了這項研究。 SIM 可在活細胞中進行極高解析度的即時成像。

Huang 於 2020 年從辛辛那提兒童醫院醫學中心招募到布法羅大學和 John R. Oishei 兒童醫院,是線粒體疾病遺傳學專家,在檢測和治療遺傳疾病方面開創了突破性創新。 黃博士也是 Oishei 兒童醫院遺傳學和代謝科的醫學主任,以及 UBMD 兒科的人類遺傳學主任。

共同作者 自然通訊 論文來自辛辛那提大學醫學院、辛辛那提兒童醫院醫學中心和伊利諾大學厄巴納-香檳分校。 該研究由美國國立衛生研究院資助。



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