核小体和染色质结构会被衰老所影响:在多种模式生物中的研究表明,在衰老过程中构成核小体的组蛋白水平会下降和组蛋白修饰也会改变,而核小体的这些改变又随之引起更高层面的染色质结构松散。这种染色质结构的开放被认为导致了衰老机体的基因表达失衡,并可能由此引发衰老表型与老年疾病。此前的研究显示,在酵母细胞中人为的过表达组蛋白基因可部分缓解在衰老过程中因组蛋白水平下降造成的染色质缺陷并延长细胞寿命。尽管许多研究证明核小体和染色质改变是衰老的结果,但是对于细胞如何应对这些变化却从未有过深入的研究。
美国贝勒医学院党巍巍课题组发现新型染色质应激反应可延长细胞寿命:“Cellular responseto moderate chromatin architectural defects promotes longevity”,该研究成果于7月10日在Science Advances杂志上发表。本文第一作者为党巍巍课题组研究生俞若凡。
党巍巍课题组利用了酿酒酵母在遗传学研究中的优势,构建了表达不同量组蛋白H3/H4基因的酵母菌株,并发现组蛋白的少量下降可以显著增加酵母的复制寿命(replicative lifespan),并在一定程度上使细胞的染色质结构更加开放。通过基因上位实验,细胞转录组与细胞周期的研究,研究人员发现这一长寿表型依赖于TOR通路的抑制。
研究人员进一步探究了染色质结构对细胞生理和转录组的影响,并发现除去组蛋白的下降,其他可能引发染色质结构改变的基因突变——如组蛋白伴侣与染色质重塑因子的敲除,均可引发相似的呼吸活动增强,并会激活类似的应激基因表达。研究人员由此提出“染色质结构缺陷”(Chromatin architectural defect,CAD)本身是一种刺激,并能引发其对应的应激状态,从而影响细胞生理活动。
由于组蛋白,核小体与染色质结构在真核生物中非常保守,研究人员认为染色质结构缺陷与其引发的应激反应也可能在其它模式生物中存在。转录组分析表明遭受染色质结构缺陷的酿酒酵母,果蝇,秀丽隐杆线虫与小鼠都拥有类似的基因表达特征显示TOR通路受到抑制,显示染色质结构缺陷应激的保守性。同时,其他课题组的研究也表明组蛋白H2A的敲低在线虫中能够延长寿命。这些证据表明染色质应激反应可能也存在于其他真核生物体内。如果人类细胞也拥有这种机制,未来有望提高这些基因表达,实现对衰老过程的干预。这是细胞内在的抗衰老机制,如果早一点激活,或者使其表达水平更高,就可能实现抗衰老效果。
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