硬盘老化发现以前未知的机制

西北大学的研究人员已经发现了一种以前未知的机制,推动老化。

在一项新的研究中,研究人员使用人工智能分析数据从各种各样的组织,那来自人类,小鼠,大鼠和鳉鱼。他们发现基因的长度可以解释大多数在衰老过程中发生的分子水平变化。

所有的细胞都必须长时间运行和短基因的活性平衡。研究人员发现,基因与长寿命更长,和更短的基因都与寿命较短。他们还发现,根据长度衰老基因改变他们的活动。更具体地说,衰老伴随着活动转向短基因。这将导致细胞中的基因活动变得不平衡。

令人惊讶的是,这附近发现是普遍的。研究者发现这种模式在几个动物,包括人类,和在许多组织(血液、肌肉、骨骼和器官,包括肝、心、肠、脑和肺)进行了分析研究。

新发现潜在的可能导致干预旨在放缓——甚至扭转衰老的步伐。

的研究发表在《自然衰老。

“基因的活性的变化是非常,非常小,而这些微小的变化涉及到成千上万的基因,”西北大学的说托马斯Stoeger领导这项研究。“我们发现这一变化是一致的在不同组织和不同的动物。我们发现它几乎无处不在。我发现它非常优雅的一个相对简洁的原则似乎占了几乎所有的活动的基因的变化发生在动物的年龄。”

“基因的不平衡导致衰老,因为细胞和生物体的工作保持平衡——医生表示体内平衡,”说

西北大学Luis A.N.阿马拉尔该研究的资深作者。“想象一个服务员拿着一个大托盘。托盘需要一切平衡。如果托盘是不平衡的,那么服务员需要投入额外的努力来对抗不平衡。如果平衡短期和长期活动的有机体的基因变化,同样的事情发生。就像老化是微妙的不平衡,远离平衡。小变化的基因似乎并不像一个大交易,但这些微妙的变化是轴承,需要更多的努力。”

复杂系统的专家,阿马拉尔以奥蒂斯还在西北大学化学和生物工程教授麦考密克工程学院。Stoeger博士后学者在阿马拉尔的实验室。

看在年龄

为了进行这项研究,研究人员使用各种大型数据集,包括Genotype-Tissue表达项目,国立Health-funded组织银行档案样本人类捐助者为研究目的。

研究小组首先分析了小鼠的组织样本——岁4个月,9个月,12个月,18个月和24个月。他们发现基因转移的平均长度之间的年龄4个月和9个月,这一发现与早发性暗示的过程。然后,老鼠的团队分析了样本,年龄在6个月到24个月,那和鳉鱼,享年39周5周。

”似乎已经有一些发生在生命的早期,但随着年龄增长变得更加明显,“Stoeger说。“看来,在年轻的时候,我们的细胞能够应对扰动会导致基因活动的不平衡。然后,突然之间,我们的细胞不再能够对抗它。”

在完成本研究,研究者将注意力转向人类。他们观察人类基因的变化从30岁到49岁的50到69,然后70岁及以上。可衡量的基因活性的变化根据人类基因已经发生的时间到了中年。

“结果对人类很强大,因为我们比其他动物对人类有更多的样本,”Amaral说。”也很有趣,因为我们研究的所有老鼠的基因是相同的,相同的性别和成长在相同的实验条件下,但人类是不同的。他们都死于不同的原因和不同的年龄。我们分析了男性和女性分别样本,发现了同样的模式。”

“系统性”的变化

在所有的动物中,研究者注意到细微变化,成千上万的不同基因样本。这意味着不只是一小部分基因导致衰老。衰老,相反,特点是系统性变化。

“现在,我们有新的认识,就像拥有一个新仪器。就像伽利略用望远镜,看空间。看着基因活动通过这个新镜头将使我们能够看到不同的生物现象。”— Luis Amaral, data scientist.

这种观点不同于流行的生物学方法,研究单个基因的影响。爆发以来现代遗传学在20世纪初,许多研究人员期望能够属性单一基因的许多复杂的生物学现象。虽然一些疾病,如血友病,结果从单基因突变,狭窄的方法来研究单个基因尚未导致解释的无数变化发生在神经退行性疾病和衰老。

“我们一直主要集中在一小部分基因,以为几个基因可以解释疾病,”Amaral说。“那么,也许我们之前没有关注正确的事情。现在我们有一个新的认识,就像拥有一个新仪器。就像伽利略用望远镜,看空间。看着基因活动通过这个新镜头将使我们能够看到不同的生物现象。”

冗长的见解

后编译大型数据集,其中许多是用于其他研究西北大学Feinberg医学院的研究人员在研究西北之外,Stoeger想出一个主意来检查基因,根据他们的长度。

一个基因的长度是基于核苷酸的数量。每个核苷酸信息转换为一种氨基酸,然后形成一个蛋白质。很长的基因,因此,产量大的蛋白质。和短基因产生一个小的蛋白质。根据Stoeger和阿马拉尔,一个细胞需要有一个平衡的蛋白质数量的大小来达到体内平衡。出现问题时,平衡紊乱。

尽管研究人员确实发现,基因与增加寿命有关,短基因在体内也发挥着重要作用。例如,短也呼吁帮助抵御病原体的基因。

“一些短的基因可能会有一个短期的优势生存的最终寿命,”Stoeger说。“因此,以外的一个研究实验室,这些短基因可能有助于在恶劣的条件下生存的动物的最终寿命缩短。”

长COVID-19疑似联系

这个发现也可能有助于解释为什么身体需要更长的时间来治愈疾病随着年龄的。即使一个简单的伤害像剪纸,一位上了年纪的人的皮肤需要很长时间才能恢复。由于不平衡,细胞储备较少,以抵消伤害。

”,而不只是处理伤口时,身体也要处理这个活动不平衡,”Amaral假设。“这可以解释为什么随着时间老化,我们不应对环境挑战,以及当我们年轻的时候。”

系统级,因为成千上万的基因改变,不管疾病开始的地方。这可能解释疾病像COVID-19长。尽管患者可能从最初的病毒,恢复身体经历伤害。

“我们知道的情况下感染——主要是病毒感染导致其他问题在以后的生活中,”Amaral说。“一些病毒感染可以导致癌症。伤害远离被感染的网站,会影响我们身体的其他领域,从而不能够对抗环境挑战。”

希望医疗干预措施

研究人员认为他们的发现可能对治疗学的发展,开放的新场馆设计来阻止或减缓衰老。目前的疗法来治疗疾病,研究人员认为,仅仅是针对衰老的症状而不是衰老本身。Amaral和Stoeger相比使用泰诺减少发烧而不是治疗疾病,引起发烧。

“发烧会发生很多很多的原因,”Amaral说。“这可能是由感染引起的,需要抗生素治疗,或由于阑尾炎,需要手术。在这里,它是一样的。不平衡问题是基因的活动。如果你可以帮助纠正不平衡,那么你可以解决下游的后果。”

参考:Stoeger T,格兰特RA, McQuattie-Pimentel AC, et al。老化与系统性length-associated转录组不平衡。自然衰老。2022年。doi:10.1038 / s43587 - 022 - 00317 - 6。

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