威尔康奈尔医学院的研究人员表示，细胞年轻的秘密可能在于维持一个小的核仁——细胞核内的致密结构。这些发现是在酵母中发现的，酵母是一种以制作面包和啤酒而闻名的模型生物，但在细胞水平上与人类惊人地相似。

这项研究于 11 月 25 日发表在《自然衰老》杂志上，可能带来新的长寿治疗方法，延长人类寿命。它还建立了一个死亡计时器，揭示细胞在死亡前还剩下多长时间。

随着年龄的增长，人们更有可能出现健康问题，如癌症、心血管疾病和神经退行性疾病。“衰老是这些疾病的最高风险因素，”威尔康奈尔医学院病理学和实验室医学教授杰西卡泰勒博士说。“与其单独治疗每种疾病，更好的方法是开发一种治疗方法或补充剂，通过预防导致疾病的潜在分子缺陷来延缓疾病的发生。”核仁可能是关键。

细胞核包含细胞的染色体和核仁，核糖体 DNA (rDNA) 就位于核仁中。核仁将编码核糖体（蛋白质构建机制）的 RNA 部分的 rDNA 隔离开来。rDNA 是基因组中最脆弱的部分之一，因为它具有重复性，因此一旦受损，就更难维护和修复。如果 rDNA 中的损伤无法准确修复，则会导致染色体重排和细胞死亡。

这个带有核仁（粉红色）的细胞核模型显示了核糖体 DNA 在年轻细胞中如何得到正确修复。然而，在核仁增大的老年细胞中，DNA 修复不准确，导致细胞死亡更快。来源：Tyler Lab

从酵母到蠕虫再到人类，在衰老过程中，核仁都会扩大。另一方面，抗衰老策略（如限制热量或少吃）会导致核仁变小。“热量限制有很多不同的作用，没有人知道它延长寿命的具体方式，”泰勒博士说。

泰勒博士和该论文的第一作者、博士后研究员 J. Ignacio Gutierrez 博士怀疑，保持核仁较小可能会延缓衰老。为了验证这个想法，他们设计了一种人工方法，将 rDNA 固定在酵母细胞细胞核周围的膜上，这样他们就可以控制它何时固定，何时不固定。“我们系统的优势在于，我们可以将核仁大小与抗衰老策略的所有其他影响隔离开来，”古铁雷斯博士说。

研究人员发现，束缚核仁足以使其保持紧凑，小核仁延缓衰老的程度与热量限制大致相同。

有趣的是，随着细胞衰老，核仁在整个生命周期内并没有以相同的速度扩张。在酵母的大部分生命中，它们都保持较小，但在核仁大小阈值处，核仁突然开始快速生长并扩大到更大的尺寸。达到此阈值后，细胞平均只能存活大约五次细胞分裂。

“当我们看到尺寸不是线性增加时，我们就知道发生了一些非常重要的事情，”古铁雷斯博士说。超过阈值似乎充当了死亡计时器，计时细胞生命的最后时刻。

在衰老过程中，DNA 会积累损伤，其中一些损伤可能会对细胞造成毁灭性打击。在测试中，研究小组发现大核仁的 rDNA 稳定性低于小核仁。此外，当结构较大时，通常被排除在核仁之外的蛋白质和其他因子不再被排除在外。就好像核仁变得有漏洞，让可能破坏脆弱的 rDNA 的分子进入。

“凝聚物的全部意义在于分离生物反应，帮助它们有效工作，但现在当其他蛋白质进入核仁时，就会导致基因组不稳定，从而引发寿命的终结，”Tyler 博士说。这些蛋白质可能会导致灾难性的问题，例如染色体重排。

接下来，研究人员计划研究核仁对人类干细胞衰老的影响。干细胞很特别，因为它们有可能在死亡时取代其他细胞类型。但最终，干细胞会停止分裂，因此研究人员希望利用从这个项目中获得的知识使它们存活更长时间。

“我很高兴我们能够将核仁的结构与修复过程联系起来，这种方式可以从酵母保留到人类，”Gutierrez 博士说。

DOI: 10.1038/s43587-024-00754-5

编译自/scitechdaily