長壽文章

揭示老化的遺傳特徵:研究人員詳細介紹了基因活性隨年齡變化的組織和細胞特異性變化

揭示老化的遺傳特徵:研究人員詳細介紹了基因活性隨年齡變化的組織和細胞特異性變化

老化的特徵是我們所有細胞和組織的功能和健康狀況逐漸下降。 從心臟到大腦再到腎臟等等,我們器官的與年齡相關的變化是導致從心血管疾病到認知能力下降等各種疾病的原因。 雖然長壽研究人員已經發現了衰老的幾個標誌性特徵,但伴隨衰老的基因活性的增加或減少尚未得到充分了解。 

在最近發表的一項研究中 電子生活史丹佛大學的研究人員旨在更好地了解隨著老化而發生的基因活性的這些潛在變化。 由張及其同事撰寫的研究小組對來自不同年齡小鼠的 23 個組織和器官的 300,000 多個細胞進行了測序,並將遺傳信息編譯成一個綜合數據集。 在這項研究中,張和同事找出了隨年齡變化的組織和細胞特異性基因,揭示了迄今為止對哺乳動物衰老過程最廣泛的分析之一,從而有助於未來關於如何預防或治療衰老的研究相關疾病。     

揭開全球老化基因圖譜

為了收集關於基因活性的龐大數據集,研究小組對 16 隻雄性和雌性小鼠的基因進行了測序,這些小鼠的年齡相當於人類的 20 至 70 歲。 他們在 23 個不同的組織和器官中發現了在老化過程中發生改變的基因。 研究人員將這些基因稱為全局老化基因(GAG),因為發現這些基因的活性在大多數組織和細胞中隨著年齡的增長而變化很大,要么活性增加,要么活性降低。

許多 GAG 表現出雙峰效應——這意味著,隨著年齡的增長,該基因的活性在所有組織和細胞類型中要么完全上調,要么完全下調。 由於這些基因隨著年齡的增長而具有雙峰活性和一致的反應,Zhang 及其同事認為 GAG 可以用作各種細胞、組織和器官的衰老生物標記。 

此小鼠資料集與先前已定序的與年齡相關的人類基因之間也存在顯著重疊。 這些隨著年齡而改變的基因涉及細胞代謝、細胞凋亡(程序性細胞死亡)、細胞能量發源地(粒線體)的功能和細胞老化——細胞不可逆的生長停滯,導致發炎損傷。 除了與人類基因相似之外,GAG 還與阿茲海默症、高血壓、骨質疏鬆症、亨廷頓舞蹈症和幾種癌症的發展相關的基因重疊,這進一步表明這個全面的遺傳數據集可能有助於推進目前的研究治療人類與年齡相關的疾病。

這項研究為每種細胞類型製定了衰老評分

記錄細胞年齡

在找出衰老小鼠傾向於共享的全局基因後,張和同事為每種細胞類型開發了衰老評分。 這種累積老化指數被稱為 GAG 評分,它揭示了同一動物年齡內不同組織和器官中的細胞以不同的速度變化。 雖然較小的 GAG 分數反映衰老速度較慢,但較大的分數表明與同一動物中的其他細胞相比,特定細胞類型對衰老的影響更敏感。 

表現出最高 GAG 分數的兩種細胞類型是在成體組織中發現的免疫細胞和幹細胞。 眾所周知,這兩種細胞類型都會隨著年齡的增長而發生顯著變化——隨著老年人對感染的易感性增加,免疫細胞的活性降低,而幹細胞功能的降低會隨著年齡的增長而減少組織的再生和修復。 研究小組還發現,GAG 評分與細胞的實際年齡有顯著相關。 這表明整體老化評分是生物年齡的合適預測因子,它測量細胞的內部年齡,而不是它們「出生」時的按時間順序排列的年齡。

相反,對器官執行獨特功能的組織特異性細胞(稱為實質細胞)的衰老分數較低,這表明這些特化細胞對衰老的抵抗力更強。 本研究中,GAG評分較低的實質細胞是胰臟細胞、神經元、心肌細胞和肝細胞。

為基因為基礎的長壽研究打開大門

有了這些結果,張和同事希望基於基因的整體老化評分能夠更好地預測細胞的真實生物學年齡,並改善哺乳動物的生物學和基於年齡的研究。 這個強大的數據集的結果使我們更接近於充分了解哪些基因最受衰老過程的影響,並且由此了解基因活性改變的知識如何有助於減輕衰老本身並促進年齡的治療。相關疾病。  

而且,由於同一動物的細胞和組織之間與年齡相關的基因活性存在差異,這項研究為長壽研究人員更好地了解哪些器官老化更快及其原因打開了大門。 “總而言之,我們的結果提供了小鼠多種組織細胞類型的衰老基因的特徵,” 結論 資深作家詹姆斯鄒。 “除了提供有關衰老過程的新生物學見解外,這項工作還可以為相關領域的研究人員提供全面的參考。”

參考:

張 MJ、Pisco AO、Darmanis S、Zou J。小鼠老化細胞圖譜分析揭示了整體和細胞類型特異性的衰老特徵。 埃萊夫。 2021;10:e62293。 發佈於 2021 年 4 月 13 日。doi:10.7554/埃萊夫.62293



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