幹細胞基因組中發現衰老的秘密

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】在果蠅的幹細胞中潛伏著一些不朽的暗示。霍華德·休斯醫學研究所(HHMI)的研究人員Yukiko Yamashita和他的同事們發現，產生精子的幹細胞可以通過遺傳的方法來永久地保持年輕。果蠅基因組的某些部分隨著年齡的增長而縮短。但值得注意的是，一些生殖細胞可以修復萎縮，Yamashita的研究小組於2018年2月13日發表在《eLife》雜誌上。這個基因組收縮可能構成方面的老化─和暗示的方式選擇細胞可能會阻止它。到目前為止，科學家們只觀察到酵母的收縮現象。如果這個結果對人類來說是正確的，那麼他們就能洞察我們的細胞是如何隨著時間而退化的。

沿著染色體散布的rDNA基因（黑盒子和紅色矩形）的重複塊可以自行摺疊，導致rDNA基因彈出。遺傳物質的遺失可能與衰老有關。圖片版權：K. Lu et al./eLife 2018

在這項研究中，Yamashita和她在密歇根大學生命科學研究所的同事們集中研究了在核糖體DNA或rDNA中編碼的工作馬基因。這些基因為組成核糖體的部分提供指令，這些細胞機器將RNA分子轉化為身體所需的每一種蛋白質。為了製造足夠多的關鍵任務機器，細胞需要大量的rDNA指令手冊。大多數基因被限制在一個單一的基因位置，但是rDNA基因在基因組的多個位點上重複出現。例如在人類5條染色體中包含了一系列的rDNA基因，每個位點包含數百個重複的拷貝。這種基因的重複使細胞產生足夠多的原料，使核糖體保持細胞的嗡嗡聲。

但是冗餘是有代價的，當細胞複製重複的DNA鏈並分裂時細胞就會出錯。Yamashita說：最終的結果是一些「副本」丟失了每一個周期，「它們從染色體中跳出來。這種損失與單細胞酵母的老化有關。但對於多細胞生物來說，rDNA在衰老過程中的作用一直是個謎。Yamashita和她的同事在果蠅的睾丸中檢測了幹細胞的rDNA基因。這些被稱為「生殖細胞」的細胞可以持續地分裂，每次都能產生一份自己的副本和一個精子細胞。在果蠅中X染色體和Y染色體上發現了rDNA鏈，研究人員發現與年輕的雄性果蠅相比，老男性短缺Y染色體上的基因rDNA留下一個縮小的Y染色體。

Yukiko Yamashita小組的研究員Jon Nelson使用果蠅（右邊的瓶子）來研究rDNA在衰老中的作用。圖片版權：Yukiko Yamashita

更重要的是rDNA的缺乏似乎是代代相傳的。Yamashita和他的同事們發現：果蠅老年飛行的父親(那些40天大的父親)將它們減少的rDNA基因傳給了它們的兒子。這些兒子的rDNA基因拷貝數要比出生在年輕父親的兒子少得多。但後來研究人員發現了一些令人驚訝的東西。在許多情況下，這種rDNA損失發生了逆轉。在大約10天的時間裡，父親的兒子們已經恢復了足夠的rDNA，可以與年輕父親的兒子相比。Yamashita說：我們確實沒有預料到這種復甦。研究結果表明兒子的rDNA恢復可能是幹細胞如何從父親傳給兒子的一個重要方面。研究人員還不知道這種複位是否也會發生在卵巢中的女性幹細胞上。

儘管還有很多工作要做，Yamashita懷疑類似的重置可能在某些類型的人類細胞中發揮作用，包括幹細胞和癌細胞。當然我們不是蒼蠅，但如果她敢打賭，在人類中某些類型的不朽細胞可以進行同樣的恢復活力的技巧，以防止隨著年齡增長而出現的DNA衰退。這些永久的生活─細胞能夠刷新自己從父親到兒子，通過找到有關細胞如何能持續保持年輕的線索，這個項目「觸及了生殖細胞永生的秘密」。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：eLife

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：霍華德休斯醫學研究所

編譯：雙螺旋

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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