中国科学家首次捕获全新长寿基因

中国科学家首次捕获全新长寿基因“通过全球寿命基因数据库比对，我们发现该长寿基因是国际上第8个具有广泛延长动物寿命的新基因。”论文通讯作者、浙江大学农业与生物技术学院研究员沈星星说。“远程”操控线粒体的核基因线粒体主要负责细胞的能量供应，是我们细胞内的重要成员。随着年龄的增长，线粒体功能往往会逐渐衰退。鉴于线粒体与衰老、神经退行性疾病、代谢性疾病、心血管疾病以及肿瘤等多种疾病的发生紧密相关，如何保持线粒体功能的稳态至关重要。“线粒体是一种很特别的细胞器，根据内共生理论，线粒体源自一种古老的α-变形菌，这种细菌被一个原始的真核细胞吞噬，但并未被消化，而是与宿主细胞形成了共生关系”论文第一作者、浙江大学博士生陶妹说，“线粒体内部至今仍然保存着属于自己的DNA，但同时，线粒体也受到细胞核内DNA的调控。线粒体与细胞核之间建立的相互交流和协作的稳定关系，就叫协同演化。”“我们可以把这种协同演化模式理解为，有两辆汽车以相同的速度并行行驶在道路上，彼此的速度变化紧密同步，一方的加速或减速会立即反映在另一方上。”沈星星解释，“但以往科学家的目光大多集中在线粒体本身，我们则是转换视角，将关注点放在与线粒体协同演化的细胞核上。”于是，研究团队综合了演化生物学、计算生物学、功能基因组学等多个交叉学科，系统性地挖掘“远程”操控线粒体进化的核基因。结果发现，有75个核基因与线粒体基因展现出显著的协同演化模式，它们表现出了各种不同的功能，包括端粒维持、核糖体生物发生、线粒体功能和DNA修复，而这些功能都与生命衰老和疾病显著相关。研究团队还挑选了其中四个核基因——CG13220,CG11837,Nop60B和CG11788，在果蝇体内进行了基因活性降低的实验。结果显示，与对照组相比，这四个基因的活性降低均导致了线粒体形态的异常。“延年益寿”全新基因沈星星打了一个比方，如果把生物体看成一台计算机，线粒体相当于电池，而细胞核就是CPU。“一台计算机的待机时间不仅与电池容量大小有关，也与CPU处理策略有关。”研究人员提出了一个关键问题：改变这些核基因的活力是否会影响动物的寿命？让研究团队惊喜的是，他们在四个核基因中发现了一个特别的存在——CG11837，不仅能够影响线粒体形态，它的活力还与动物的寿命长短存在显著的正相关性。为了寻找可靠证据，研究人员首先在六种不同的动物中进行了CG11837基因敲降实验，包含褐飞虱、果蝇、斯氏按蚊和秀丽隐杆线虫等。结果显示，在所有研究的动物中，降低CG11837基因的活力就会显著缩短它们的寿命，幅度在25%至59%之间。敲降基因会缩短寿命，反之，激活基因是否可以延长寿命？为此，研究人员又在果蝇和线虫中进行了该基因的过表达实验。结果显示，这两种动物的寿命均显著延长，幅度达到12%至35%。这一发现促使研究人员思考，该基因是否也能延长人类的寿命？于是，他们对人类离体细胞进行了实验，发现激活CG11837基因能够提升抗衰老能力30%。“这一系列研究证实了CG11837基因在动物中具有广泛的长寿效应。”沈星星兴奋表示。对于这项研究，《自然—衰老》三位匿名评审专家指出：该研究方法独特且新颖，从线粒体基因组—核基因组之间的共进化角度出发，打破了传统思维上的局限，挖掘到功能非常保守的新长寿基因，对衰老研究领域具有非常重要的科学价值和实践意义。而在谈到该研究成果的应用前景时，除了可以研发基于CG11837基因的药物和治疗方法，来延长人类健康寿命，主要从事昆虫分子生物学研究的沈星星还提到，在农业领域，该基因可以成为控制害虫的新靶点，进而减少对化学农药的依赖，实现环境友好的绿色防控；在公共卫生领域，可以通过干扰该基因表达来缩短蚊虫等传播疾病媒介的寿命，从而降低疟疾、登革热等传染病的传播风险，为蚊媒疾病防控和公共卫生安全提供新的解决方案。相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s43587-024-00641-z 敲低CG11837基因后，黑腹果蝇脂肪体中线粒体的形态变得异常，呈现碎片化和聚集成簇的特征。图中蓝色为细胞核，绿色为多个线粒体，线粒体包围形成的黑色孔为脂肪滴。沈星星课题组供图...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1433670.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1433670.htm

科学家在人类身上发现155个新基因 都是“从0出现”

科学家在人类身上发现155个新基因都是“从0出现”这些基因虽然非常小（microgenes），但对人体的作用却不可忽视，有些甚至与人类的某些特异性疾病有关，包括肌肉萎缩症、色素性视网膜炎等。目前，这项研究正式登上《细胞》子刊CellReports，通讯作者之一AoifeMcLysaght兴奋地表示：这是一个全新的领域。这些基因往往被忽略，因为它们很难研究，但人们会越来越意识到它们是需要被关注和考虑的。那么这些新基因究竟是什么，它们又长啥样？这些新基因是什么？这些新基因的出现，最初“并不起眼”——是以sORF的形态出现的。ORF（openreadingframe），全称“开放阅读框”，是基因序列的一部分，包含一段可以编码蛋白的碱基序列。sORF（smallORF）顾名思义，则是一种体积非常小的ORF，一般由不到300个核苷酸构成。虽然大部分sORF的出现只是一种生物噪声（导致细胞内mRNA和蛋白质产生变化的一种生化反应），但许多依旧具有编码微蛋白（microprotein）的潜能。但sORF毕竟太小了，此前受限于技术，一直被研究得不多，大部分基因也都没有被注释，更别提用它编码出的微蛋白了。然而，微蛋白的研究对于生物研究又是不可或缺的。毕竟对于某些已经有研究的生物学过程，微蛋白很可能也会参与其中，并在生理和病理过程中发挥重要作用，然而这些作用此前却是未知的。随着技术的进步，不少生物科学家们开始尝试重新探索这一领域，试图通过研究微蛋白，来探讨它们对人类健康和疾病造成的影响。根据长期对比观察微蛋白，科学家们找到了一些sORF序列，这些序列具有高度保守性，被称为高度保守序列（highlyconserved）。高度保守序列，指在不同类型生物体中非常相似的DNA序列。研究认为这些跨物种的相似性，可以证明某个基因完成了不同生物中的共同基本功能，因此在进化过程中保留了这些序列。大多数研究都会排除非保守性、新颖的基因序列。这次，欧洲科学家们就基于一个从非规范ORF转译而来的微蛋白数据集，重构了人类微蛋白的进化起源。结果，还真发现了不少此前没注意到的基因。44个与生命健康有关首先，科学家们根据数据集，将这次发现的新基因与四种类人猿（apes）的基因进行了比较。类人猿包括黑猩猩（chimpanzee）、大猩猩（gorilla）、猩猩（orangutan）和长臂猿（gibbon）。根据祖先序列重建（ASR，ancestralsequencereconstruction），研究者们发现，与其他几种类人猿动物相比，人类这些新生成的基因确实是从无到有（denovo）产生的：整体与各种脊椎动物进行对比后，研究人员发现了155个新的微基因，其起源和表型如下图：具体来说，在这155个新基因中，有44个与细胞培养物中的生长缺陷有关。值得一提的是，这44个基因之前并没有被科学家们重视。论文介绍称，包括PhyloCSF在内的比较基因组学方法，都没有将它预测为一个保守的蛋白质编码区，即能发挥功能性作用的。然而，这些基因却在维持生命系统健康过程中扮演了重要角色。除此之外，科学家们还发现了3个包含与疾病相关DNA标记的基因。这些标记分别与肌肉萎缩症、色变性视网膜炎和阿拉基综合征有关联。这三种基因的起源中，肌肉萎缩症可以追溯到类人猿下目（Simiiformes），色素性视网膜炎则能被追溯到羊膜动物（Amniota）。至于阿拉基综合征，此前被认为是人类特异性的，但直系同源基因也在黑猩猩中被转录，推测起源于人类和黑猩猩的共同祖先。除了疾病，研究人员还发现了一种与人类心脏组织密切相关的新基因。据作者介绍，它从大猩猩分裂出来后，立即出现在人类和黑猩猩身上：它的出现，证明了一个基因进化成为“人体必需品”的速度有多快。关于作者一作NikolaosVakirlis，来自希腊瓦里“亚历山大·弗莱明”生物医学科学研究中心。他表示这项研究早在2017年就已经开始了，不过中途搁置了很久，直到一项新的研究发表，该研究中有一些数据对他们很有用，帮助他们重新开始了项目。剩下三位作者具有同等贡献，其中AoifeMcLysaght作为生物遗传学领域专家、通讯作者，则来自都柏林三一学院。她表示，他们研究的这些小尺寸DNA，基本处于基因组序列可解释的边缘、处于很难知道它是否具有生物学意义的区域，但真的很有意思。而在未来，作者们表示，他们会进一步地研究新发现的这些微基因究竟会起什么作用，了解它们是否可能直接参与某种类型疾病的形成。“这仍将非常有趣。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1336347.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1336347.htm

科学家成功转移长寿基因 为延长人类寿命铺平道路

科学家成功转移长寿基因为延长人类寿命铺平道路罗切斯特的研究人员通过将一种负责增强细胞修复和保护的特定基因引入小鼠体内，为揭开衰老的秘密和延长人类寿命开辟了令人兴奋的可能性。罗切斯特大学生物学和医学多丽丝-约翰斯-切瑞教授维拉-戈尔布诺娃说："我们的研究提供了一个原理证明，即在长寿哺乳动物中进化出的独特长寿机制可以输出，以改善其他哺乳动物的寿命。"戈尔布诺娃与生物学教授安德烈-塞卢安诺夫及其同事在发表于《自然》的一项研究中报告说，他们成功地将裸鼹鼠体内负责制造高分子量透明质酸（HMW-HA）的基因转移到了小鼠体内。这改善了小鼠的健康状况，并使小鼠的中位寿命延长了约4.4%。抗癌的独特机制裸鼹鼠是一种小鼠体型的啮齿类动物，在同体型的啮齿类动物中寿命特别长；它们可以活到41岁，几乎是同体型啮齿类动物的十倍。与许多其他物种不同的是，裸鼹鼠在衰老过程中通常不会感染疾病，包括神经变性、心血管疾病、关节炎和癌症。戈尔布诺娃和塞卢安诺夫投入了数十年的研究，以了解裸鼹鼠用来保护自己免受衰老和疾病侵袭的独特机制。罗切斯特大学的研究人员成功地将裸鼹鼠的长寿基因转入小鼠体内，从而改善了小鼠的健康状况，延长了小鼠的寿命。图片来源：罗切斯特大学照片/J.AdamFenster研究人员之前发现，HMW-HA是裸鼹鼠对癌症具有非同寻常的抵抗力的机制之一。与小鼠和人类相比，裸鼹鼠体内的HMW-HA大约多十倍。当研究人员从裸鼹鼠细胞中移除HMW-HA时，细胞更容易形成肿瘤。戈尔布诺娃、塞卢阿诺夫及其同事希望观察HMW-HA的积极作用是否也能在其他动物身上重现。转移产生HMW-HA的基因研究小组对小鼠模型进行了基因改造，使其产生了裸鼹鼠版本的透明质酸合成酶2基因，该基因负责制造产生HMW-HA的蛋白质。虽然所有哺乳动物都有透明质酸合成酶2基因，但裸鼹鼠版本的基因似乎得到了增强，以驱动更强的基因表达。研究人员发现，拥有裸鼹鼠版本基因的小鼠对自发性肿瘤和化学诱导的皮肤癌有更好的保护作用。与普通小鼠相比，这些小鼠的总体健康状况也有所改善，寿命更长。随着裸鼹鼠版基因小鼠的衰老，它们身体不同部位的炎症减少了--炎症是衰老的标志--而且肠道也保持得更健康。虽然还需要进一步研究HMW-HA究竟为何具有如此有益的作用，但研究人员认为这是由于HMW-HA能够直接调节免疫系统。人类的青春之泉？这些发现为探索如何利用HMW-HA改善人类寿命和减少炎症相关疾病提供了新的可能性。"从在裸鼹鼠体内发现HMW-HA到证明HMW-HA能改善小鼠健康，我们花了10年时间，"戈尔布诺娃说。"我们的下一个目标是将这种益处转移到人类身上"。他们认为可以通过两种途径实现这一目标：一是减缓HMW-HA的降解，二是增强HMW-HA的合成。塞卢阿诺夫说："我们已经确定了减缓透明质酸降解的分子，并正在进行临床前试验。希望研究结果将提供第一个，但不是最后一个例子，说明如何从长寿物种的长寿适应性调整到有利于人类的长寿和健康。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379861.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379861.htm

NOAA科学家在海底发现神秘的热浪

NOAA科学家在海底发现神秘的热浪科学家们在过去的十年里一直在观察和研究海洋表面的热浪，完全没有意识到这些膨胀和破坏性的变化也可以在表面之下的深处发现。发现这些海洋热浪也在海洋深处蔓延是很重要的，因为海洋温度的变化可以使动物灭绝。早在2013年，一个被称为"Blob"的海洋热浪出现在阿拉斯加海岸附近，一直蔓延到墨西哥南部。热浪持续的时间比科学家预期的要长，导致了渔业的破坏，甚至引发了有毒藻类大举繁殖。虽然观察这些变化很重要，但科学家们完全没有意识到热浪在海底的蔓延。以前人们认为热浪只存在于海洋的表面。图片来源：MARIMA/Adobe但现在，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）已经创建了一个新的模型，该模型也说明了沿海洋底部发现的热浪。不过，监测下面的温度要困难得多，因为它需要能够检测到微小的温度变化的设备，同时还要经受住深度的压力。这项新的研究非常重要，因为在海洋深处发现的热浪比表面上的热浪持续的时间要长得多--如果Blob能够在超过预期的时间内造成如此大的破坏，那么想象一下，如果海底的大规模热浪不受控制和不为人知，它可能造成的破坏，其结果可能会在全世界范围内看到，但人类不会知道是什么导致了它。现在，由于新的模型，我们终于对深海中发生的事情有了更多的了解。当然，我们可能仍然有很多东西不知道。海洋深处仍然是科学家们的一个神秘的游乐场，特别是当我们继续发现海底的奇怪生物时。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1352387.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1352387.htm

科学家发现细胞如何修复促进长寿的“循环系统”

科学家发现细胞如何修复促进长寿的“循环系统”研究人员首次描述了一种细胞修复受损溶酶体的途径，溶酶体是通过回收细胞垃圾来促进长寿的结构。这一发现是理解和治疗由溶酶体泄漏驱动的年龄相关疾病的重要一步。该研究由匹兹堡大学的科学家进行，于9月7日发表在《自然》杂志上。研究主要作者谭晓军（音译）博士说：“溶酶体损伤是衰老和许多疾病的标志，特别是神经退行性疾病，如阿尔茨海默病，”他是匹兹堡大学医学院细胞生物学的助理教授，也是衰老研究所的成员，该研究所是匹兹堡大学和匹兹堡大学医学中心（UPMC）的合作伙伴。“我们的研究确定了一系列的步骤，我们认为这是溶酶体修复的普遍机制，我们将其命名为PITT途径，以向匹兹堡大学致敬。”作为细胞的回收系统，溶酶体含有强大的消化酶，可降解分子废物。这些内容物被隔离开来，以免破坏细胞的其他部分，这层膜的作用就像围绕着危险废物设施的链环栅栏。即使这个围栏可能发生断裂，健康的细胞也会迅速修复损害。为了进一步了解这一修复过程，谭晓军与资深作者TorenFinkel（医学博士）合作。首先，谭晓军通过实验破坏了实验室生长的细胞中的溶酶体，并测量了到达现场的蛋白质。他发现，一种名为PI4K2A的酶在几分钟内积聚在受损的溶酶体上，并产生高水平的信号分子PtdIns4P。“PtdIns4P就像一面红旗。它告诉细胞，‘嘿，我们这里有一个问题，’”谭晓军说。“这个警报系统然后‘招募’了另一组叫做ORP的蛋白质。”谭晓军解释说，ORP蛋白的功能就像系绳。该蛋白的一端与溶酶体上的PtdIns4P“红旗”结合，另一端与内质网结合，内质网是参与蛋白质和脂质合成的细胞结构。“内质网像一条毯子一样包裹着溶酶体，”Finkel补充说。“通常情况下，内质网和溶酶体几乎不互相接触，但是一旦溶酶体被破坏，我们发现它们在‘拥抱’。”通过这种“拥抱”，胆固醇和一种叫做磷脂酰丝氨酸的脂质被穿梭到溶酶体中，在那里它们帮助修补“膜栅栏”上的孔。磷脂酰丝氨酸还激活了一种叫做ATG2的蛋白质。它就像一座桥梁，将其他脂质转移到溶酶体，这是新描述的PITT--或磷脂酰肌醇启动的膜拴住和脂质运输--途径中最后的膜修复步骤。Finkel说：“这个系统的美妙之处在于，PITT途径的所有组成部分都是已知存在的，但它们不知道以这种顺序或为溶酶体修复的功能进行互动。我相信这些发现将对正常衰老和与年龄有关的疾病产生许多影响。”科学家们怀疑，在健康人中，溶酶体膜的小破损会通过PITT途径迅速修复。然而，如果损伤过于广泛或修复途径受到损害--由于年龄或疾病--泄漏的溶酶体就会累积。在阿尔茨海默病中，tau纤维从受损的溶酶体中漏出是疾病进展的关键步骤。当谭晓军删除了编码该途径中的第一个酶PI4K2A的基因时，他发现tau纤维的扩散急剧增加。这表明，PITT途径的缺陷可能有助于阿尔茨海默病的进展。在未来的工作中，科学家们计划开发小鼠模型，以了解PITT途径是否能保护小鼠不患阿尔茨海默病。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1313767.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1313767.htm

科学家发现一个关键的心脏修复基因

科学家发现一个关键的心脏修复基因一个国际研究小组宣布他们已经发现了心脏病发作后心脏损伤愈合中的一个关键基因。这项发表在《自然-心血管研究》杂志上的研究表明，一类被称为糖皮质激素的类固醇激素，在出生后促进细胞成熟，同时抑制细胞增殖，可能是心脏病发作后心肌无法恢复的部分原因。“我们的结果显示，糖皮质激素作为心脏再生能力的一个重要制动器：对它们的抑制在修复受损的心脏组织方面显示出有希望的结果，”协调这项研究的博洛尼亚大学实验、诊断和专科医学系教授GabrieleD'Uva解释说。“这是一个特别有意义的发现，它在未来可能导致有效的治疗，以改善心脏病患者的心脏状况。”心脏病一直是全球主要死因之一。这部分是由于心脏组织不能像其他身体组织一样再生的事实。心肌细胞在心肌梗塞期间死亡，被无法收缩的疤痕组织所取代。如果损伤严重，可能会导致心力衰竭，即心脏无法泵送足够的血液来满足身体的需求。这种情况的结果有可能产生一些有害的影响，包括心源性猝死。由于新生儿的呼吸和循环系统经历了快速和重大的改变，以实现从宫内到宫外的转变，心脏组织缺乏再生能力是出生后的一个持续特征。在新生的心脏中，心肌细胞特别变得更加专门化；它们不再能够分裂并停止扩大尺寸。D'Uva教授证实说：“与我们身体的大多数组织相比，它们在整个生命过程中都会自我更新，而成年后的心脏组织的更新率极低，几乎不存在。”这是由于心肌细胞的增殖率非常低，而且这种组织中没有大量的“干细胞”：因此，由心肌梗塞等引起的心脏严重损伤是永久性的。为了找到一种方法来扭转心脏的这种再生能力，科学家们把重点放在了糖皮质激素上：这是一类在发育、代谢和维持平衡以及处理压力情况方面发挥重要作用的激素。在为出生做准备时，糖皮质激素被认为可以诱导肺部成熟。然而，研究人员意识到，将新生儿心肌细胞暴露在这些激素下会诱发细胞失去增殖能力。因此，他们分析了出生后第一周的心脏组织，发现糖皮质激素受体（GR）的数量增加。这表明，糖皮质激素的活性在出生后不久就会增加。这导致了一个假设，即糖皮质激素可能负责心肌细胞的成熟，而不利于其复制和再生能力。这一观点现在已经用复杂的分子生物学技术在动物模型中得到了证明。删除GR受体导致心肌细胞的分化减少，即它们仍处于不成熟状态，这导致它们分裂成新的心肌细胞的数量增加。研究人员还解释了负责糖皮质激素复制阻断的分子机制，这是由于对细胞能量代谢的调控。“糖皮质激素受体的缺失已被证明能增加心肌细胞在心肌梗塞后的复制能力，在几周内促进心脏再生的过程，”D'Uva教授确认说。“通过服用一种已经被批准用于人类临床的GR受体抑制剂药物，也得到了类似的结果。”该研究小组现在的目标是测试与其他促进再生的刺激物的潜在协同效应，以便提出更有效的心脏再生策略--这一结果可能会帮助全世界数百万的患者。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1302241.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1302241.htm