研究了18种动物后,科学家们找到了存在于体内的长寿密码

作者:admin    发布时间:2020-03-06 17:18    

  去乙酰化酶Sirtuin1~7和寿命密切相关,因此Sirtuins也常被称为“长寿蛋白”,该研究进一步揭示了Sirtuin6和长寿的关系。而NAD+是长寿蛋白家族的主要底物,该研究也进一步完善了NMN/NAD+延长寿命的机制。

  SIRT6是人体内的一种染色质结合蛋白,属于高度保守的NAD+依赖性脱乙酰酶Sirtuins家族,在DNA损伤、代谢和癌症中具有不同的作用。以往的一些动物实验表明,SIRT6可能与物种的寿命长度有关联。为了探究SIRT6与寿命长度的具体联系,生物学教授Vera Gorbunova和Andrei Seluanov,以及他们的研究团队对18种啮齿动物中分离得到的原代成纤维细胞进行了系统分析,这些动物的寿命短至3年(老鼠),长至32年(裸鼹鼠和海狸)。他们的研究成果发表在《Cell》杂志上。

  DNA损伤与衰老

  保持DNA完整性对于确保遗传物质的准确遗传与维持细胞生理功能至关重要。在所有DNA损伤中,最关键的是双链断裂(DSB),这种损伤可能导致遗传物质突变、有害易位。而未修复的DNA损伤进一步导致细胞衰老或肿瘤,从而危害人体健康。为此,细胞已经进化出两种主要的DSB修复机制:非同源末端连接(NHEJ)——一种通过将两端连接在一起来修复DSB的突变倾向途径;以及同源重组(HR)——仅在姐妹染色单体配对在一起时发挥作用。

  DSB的识别、扩增和修复涉及许多因素,这一过程称为DNA损伤应答(DDR)。在这个过程中,聚(ADP-核糖)聚合酶(PARP)家族的成员感知到断裂,激活磷酸肌醇3-激酶(PI3K)相关激酶(包括ATM、ATR、DNA-PK),这些蛋白质反过来招募放大信号的传感器,包括MRN复合物和多种组蛋白修饰物,它们协调了组蛋白的翻译后修饰包括甲基化、乙酰化、泛素化和磷酸化,这些修饰协同作用进一步招募DNA修复因子,例如53BP1,Rad51和DNA连接酶,以修复破碎的DNA。

  SIRT6与DNA修复

  SIRT6在DNA损伤、代谢和癌症中具有不同的作用。已有一些研究表明,在DNA损伤产生后,SIRT6在几秒钟内被募集到DSB位点,特别是募集染色质重塑SNF2H以打开浓缩染色质并使H3K56脱乙酰化,这是正确募集下游DDR因子和有效DNA修复所需的关键步骤。

  还有动物实验表明,缺乏SIRT6的小鼠基因组不稳定且寿命较短(在2-3周龄时出现异常,大约4周后死亡),而过表达SIRT6的小鼠寿命明显延长(平均寿命增加了14.8%)。因此,“SIRT6促进了DNA修复”很有可能是长寿的关键因素。

  SIRT6与寿命长度的研究

  为了探究SIRT6是否与物种的寿命有关联,研究人员首先分析了这18种原代细胞的DNA修复情况,他们使用基于GFP的报道分子测量了DSB的两种修复方式,即NHEJ和HR的修复效率,然后将报道构建体整合到早期传代(PD <10)原代皮肤和肺成纤维细胞的基因组中。结果显示,寿命更长的物种经历了更多更高效的DSB修复,而与物种的体重无关。

  此外,长寿命物种在修复辐射诱导的DNA损伤方面也更有优势。研究人员使用替代测定法测试了DSB修复,包括g-H2AX、53BP1焦点定量和g-辐射后的集落形成测定,他们发现不同物种的原代细胞受1小时辐射后诱导了相似数量的病灶,然而在24小时后,长寿命物种的细胞中未修复的病灶明显少于来自短寿命物种的细胞,表明长寿物种对辐射的抵抗力更强。

  而长寿物种在DNA修复、抗辐射方面的优势实际上是由于其体内的SIRT6活性更强。SIRT6是两种DSB修复途径共同的上游调节因子,在过表达时能够刺激NHEJ与HR修复。研究者测试了来自不同物种的SIRT6在刺激DSB修复过程时的活性,他们发现,SIRT6刺激NHEJ修复的能力与啮齿动物的寿命长度强烈相关。

  研究者还进一步测试了SIRT6是不是长寿物种DSB修复的关键因素,他们在含有DSB修复构建体的海狸皮成纤维细胞中敲除了SIRT6,然后测试了修复效率,与模拟转导的细胞相比,敲除SIRT6的细胞中修复效率显著降低。因此,对于长寿物种而言,SIRT6的表达是必要的,因为他们需要维持高水平的DSB修复。这也就意味着SIRT6基因在长寿进化过程中得到了优化,物种寿命越长,SIRT6的表达越有必要,其促进DNA修复的能力也越强。

  物种的长寿导致了SIRT6高表达,反过来又能否成立呢?

  研究者开始探究哪些氨基酸是造成物种间SIRT6活性差异的原因。他们比较了小鼠(弱活性)和海狸(强活性)之间SIRT6蛋白的分子差异,找到了决定活性差异的5种氨基酸残基,当用小鼠的这五个氨基酸残基取代海狸的残基时,海狸体内的SIRT6活性也相应降低。

  在aa 221-270区域内,小鼠和海狸SIRT6蛋白质相差5个残基:残基235,249,260,263和264

  接下来,他们开始测试SIRT6的高表达能否反过来延长物种的寿命。他们将过表达的小鼠SIRT6与海狸SIRT6分别整合到转基因果蝇染色体上相同的基因座中,并诱导其表达。生存曲线显示,插入更长寿物种的SIRT6基因片段均延长了果蝇的寿命,且海狸的SIRT6比小鼠的更有效。这也为抗衰老干预手段提供了新的方向。

  参考文献

  [1] Finkel T. Deng C.X. Mostoslavsky R. Recent progress in the biology and physiology of sirtuins. Nature. 2009; 460: 587-591

  [2] Mostoslavsky R. Chua K.F. Lombard D.B. Pang W.W. Fischer M.R. Gellon L. Liu P. Mostoslavsky G. Franco S. Murphy M.M. et al. Genomic instability and aging-like phenotype in the absence of mammalian SIRT6. Cell. 2006; 124: 315-329

  [3] Xiao Tian. Denis Firsanov. Zhihui Zhang. SIRT6 Is Responsible for More Efficient DNA DoubleStrand Break Repair in Long-Lived Species. Cell. 2019

  [4] Papamichos-Chronakis M. Peterson C.L. Chromatin and the genome integrity network. Nat. Rev. Genet. 2013; 14: 62-75

  [5] Chapman J.R. Taylor M.R. Boulton S.J. Playing the end game: DNA double-strand break repair pathway choice. Mol. Cell. 2012; 47: 497-510

  [6] Ciccia A. Elledge S.J. The DNA damage response: making it safe to play with knives. Mol. Cell. 2010; 40: 179-204

  [7] Lukas J. Lukas C. Bartek J. More than just a focus: The chromatin response to DNA damage and its role in genome integrity maintenance. Nat. Cell Biol. 2011; 13: 1161-1169

  [8] Toiber D. Sebastian C. Mostoslavsky R. Characterization of nuclear sirtuins: molecular mechanisms and physiological relevance. Handb Exp Pharmacol. 2011; 206: 189-224

  [9] Kanfi Y. Naiman S. Amir G. The sirtuin SIRT6 regulates lifespan in male mice. Nature. 2012; 483: 218-221

2012-2020 奥尼之顿NMN中国官网 版权所有  浙ICP备18045279号-1