生命的分子鐘——端粒體

2020-12-06 一紙青詩亂芳華

當我們逐漸長大到慢慢變老,我們或多或少都會對死亡產生恐懼,人到底為什麼會死亡呢?我們能永葆青春或者是延緩衰老嗎?這一切都與一樣東西息息相關那就是——端粒體。

人是由數以億計的細胞和微生物組成的超級聚合體,人要死亡,組成人的細胞就要大部死亡,細胞死亡有兩種方式,一種是提前編碼,好讓其在規定時刻死亡,另外就是對細胞進行破壞,使其喪失存活能力。 前者的死亡叫「凋亡」,而後者的死亡叫「死亡」。

端粒體,它位於DNA的兩端,就負責在DNA複製時消耗自己,當端粒體消耗殆盡時,細胞複製的DNA就會減少,為何DNA複製就會消耗端粒體?其實,這只是為了彌補DNA聚合酶在複製時會存在某種複製缺陷,會讓DNA末端減少那麼一點。隨著年齡的增長細胞每分裂一次,我們就會失去一小部分端粒,它會變得越來越短,染色體也變得不穩定,直到最後由於它過短了,無法分裂了,生命就死亡了。

既然端粒體這麼重要,為何在人體中的端粒體卻一直被消耗,從來不補充?其實DNA存在的目的就是複製、存活,其中DNA將一部分複製品用來繼續複製,而另一部分複製品則主要用來獲取資源。這直接體現在生殖系統中,細胞存在活性極強的端粒酶(恢復端粒體的酶),而在體細胞中則不存在端粒酶,且體細胞已高度分化,只有在組織受傷時才進行複製修復處理。端粒酶的缺失令體細胞在人的一生中只能分裂約50次,然後整體衰亡,人也就死亡了。當然如果每個細胞都存在端粒酶的話,那麼人體就會變成一整個癌細胞,細胞將會不受控制地繁殖。

生活中,人們要比其實際年齡顯得更年輕一些,而且運動會使我們越來越年輕,運動科學教授發現,高水平體育活動的人群機體的端粒要比靜坐人群機體的端粒高出9年的生物老化優勢,要比中等活動人群的端粒高出7年的生物老化優勢;為了變得更加活躍,女性每天應當參加30分鐘的慢跑(男性每天40分鐘),持續每周五天。同時,人身上的痣的數量與染色體末端的端粒體長度之間也存在關聯。身上痣數超過100的人,其端粒體比身上痣數少於25顆的人,多出相當於6-7歲年齡差的長度。一個人身上的痣越多,衰老進程就越慢,在人均30顆痣的基礎上,每增加25顆痣,看上去就會比實際年齡年輕2-3歲。

1998年《Nature》上有一篇標題為「Extension of Life-Span by Introduction of Telomerase into Normal Human Cells」的文章說他們把端粒酶的相關基因導入到人的體細胞內,發現細胞的壽命大大延長了。

大體是說,端粒酶延緩染色體端粒縮短、延長端粒從而延長壽命,2009年諾貝爾生理或醫學獎的伊莉莎白布萊克本博士(Elizabeth Blackburn)接受記者採訪時表示,使用端粒酶來限制染色體端粒受到的損害,預期能夠找到減緩細胞老化和延長壽命的方法,而布萊克本博士主持的相關實驗,已經取得了令人震驚的成功。作為索爾克生物研究所的負責人,諾獎大咖布萊克本博士認為「人類壽命最長將達到150歲,而且120歲將成為常態」。 通過檢測端粒的長度以及端粒酶的活性,已經可以評估、跟蹤細胞衰老的程度及進展,進而指導展開精準的抗衰幹預或者相關疾病的超早期發現。人的體細胞每次有絲分裂,如果沒有端粒酶的活化,就會丟失50-200bp長度的端粒,當丟失數千個核苷酸時,細胞就會停止分裂而衰老。

現在的研究方向就是將端粒酶基因導入正常細胞,細胞壽命將大大延長。活化的端粒酶在端粒體中,讓端粒DNA序列延長,從而影響大大延長細胞的壽命,就現在的科技技術來看已可以基本實現了。

相關焦點

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  • 研究揭示TIN2複合物參與端粒保護的分子機制
    近日,中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所陳勇研究組、美國耶魯大學Sandy Chang、上海交通大學雷鳴研究組合作,最新研究成果以Structural and functional analyses
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    端粒為何物?端粒是指位於真核細胞線狀染色體末端的一小段DNA-蛋白質複合體,對於哺乳動物而言,端粒的存在可以維持染色體末端穩定。我們的遺傳物質大都藏在細胞的染色體中,染色體就像一條長長的鞋帶,在鞋帶的兩頭,各有一段 「保護裝置」來確保細胞內的DNA以及遺傳信息能夠穩定完整的存在,這種保護裝置就是端粒。
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    分子生物學家Elizabeth Blackburn因其對端粒的研究而獲得了2009年諾貝爾生理學或醫學獎。端粒是染色體的末端結構,它在細胞老化中起到重要作用。但令她感到沮喪的是,對人類健康有重要意義的研究至今仍然停留在學術界。
  • 關於端粒-我們可以逆轉生命時鐘嗎?(中德雙語)抗衰老系列視頻
    我們可以逆轉生命時鐘嗎?端粒,就好像我們細胞中的生物鐘一樣,有人也稱它為我們的「生命時鐘」。三位美國科學家,加利福尼亞舊金山大學的伊莉莎白·布萊克本、巴爾的摩約翰·霍普金斯醫學院的卡羅爾·格雷德、哈佛醫學院的傑克·索斯塔克,憑藉「發現端粒和端粒酶是如何保護染色體的」這一成果,揭開了人類衰老和罹患癌症等嚴重疾病的奧秘,並獲得了2009年的諾貝爾生理學或醫學獎。
  • 精華盤點:端粒與人類疾病!
    端粒會通過產生壓力信號來抑制非整倍體細胞的增值進而對非整倍性作出反應,然而合成端粒的端粒酶或許可以通過減緩端粒所誘導的壓力信號來間接促進非整倍體細胞的存活,進而促進機體致癌作用的發生。【18】Structure:揭示端粒輔助蛋白的突變引發DNA分子破壞的機制染色體是一種較長的線性DNA分子,其可以在末端形成特殊的DNA結構,名為端粒,其對於DNA分子具有保護作用。端粒可以通過與端粒酶以及一些附屬蛋白質進行作用來維持其功能及DNA分子的穩定性。
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    通常來說,人類癌症發生的兩大細胞特徵分別是:1.細胞中心體擴增;2.端粒縮短。這兩大癌細胞的特徵促使腫瘤發生過程中染色體不穩定。細胞中心體與端粒與DNA損傷修復機制有極大的關聯,並且二者間也有一定的關聯,有些調控端粒的因子同時還調控中心體,因此說中心體與端粒間有功能上的聯繫。
  • 科學家發現細胞修復端粒的機制
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    人類衰老過程中端粒的縮短被認為是引發年齡相關的幹細胞能力下降的主要原因,端粒的縮短也會影響組織對疾病的易感性,然而目前研究人員並不是非常清楚端粒縮短如何損傷細胞的再生並增加機體患病的風險;有研究證據表明,穩定端粒或能抑制或減緩機體的老化和疾病的發生;這項研究中,研究人員分析了恢復端粒的長度對改善小鼠模型機體中肝臟組織纖維化的效應。
  • 體手性分子成功合成:化學家創造生命的起點?
    那麼既然不可能憑空產生手性專一的分子,化學家和生物學家就自然而然地提出兩個問題:一個是先有雞還是先有蛋的問題,先有手性專一的分子,還是先有生命?另一個是人造雞蛋的問題,人類能憑藉自己的手段合成生命物質,乃至重新創造生命麼? 既然先有雞還是先有蛋的問題已經爭議多年而陷入詭辯,擅長有機合成的化學家們開始逐步搭建人工生命物質體系。
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    人類衰老過程中端粒的縮短被認為是引發年齡相關的幹細胞能力下降的主要原因,端粒的縮短也會影響組織對疾病的易感性,然而目前研究人員並不是非常清楚端粒縮短如何損傷細胞的再生並增加機體患病的風險;有研究證據表明,穩定端粒或能抑制或減緩機體的老化和疾病的發生;這項研究中,研究人員分析了恢復端粒的長度對改善小鼠模型機體中肝臟組織纖維化的效應。
  • 談談端粒究竟是什麼
    2009年,因為」發現端粒和端粒酶是如何保護染色體的「這一研究成果,Elizabeth Blackburn、Carol Greider以及Jack Szostak獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。也讓大眾第一次聽說了「端粒」這個詞彙。那麼端粒是如何被發現的呢?
  • 端粒這東西...
    端粒的長度反映細胞複製史及複製潛能,因此被稱作細胞壽命的" 有絲分裂鍾"。
  • 端粒和衰老有多大的關係?
    嬰兒出生後,人體會不斷發生著特定的變化,不斷推動它進入下一個生命階段。幾項研究發現端粒和衰老之間的關係,但它們有什麼聯繫呢?我們來看看吧!圖註:伊莉莎白·布萊克本是2009年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者。諾貝爾分子生物學家伊莉莎白·布萊克本曾經說過,生命就是」活在刀刃上」。
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    人馬座B2周圍廣泛分布兩種生命前體分子2017-10-11 16:30 來源: 科技日報 中國天文學家近日在預印版網站arXiv上發表論文稱,他們利用上海天文臺65米口徑的天馬射電望遠鏡(IMRT)觀測人馬座B2(Sagittarius B2)發現,這個巨大氣體星雲周圍廣泛分布著兩種重要的生命前體分子
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    TERB1-TERB2-MAJIN複合物結合到核膜進而調控同源染色體配對的結構基礎和分子機制。在哺乳動物中,端粒和LINC複合體結合的分子機制仍然不清楚;此外,除了SUN1,內核膜上的MAJIN蛋白也能提供端粒在核膜的附著位點,但是其具體功能及發揮功能的結構基礎和分子機制並不清楚。
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    端粒和端粒蛋白是重要的人體細胞內分子結構。端粒酶的發現為蛋白質研究開拓了新的方法。科學家發現,端粒酶由RNA和蛋白質組成,端粒酶在卵巢、睪丸及幹細胞中表現活躍,但在體細胞中幾乎很難發現,所以端粒隨著細胞不斷分裂而縮短、導致人類組織和細胞衰老直至死亡。如果能夠找到並控制包括端粒酶在內的端粒相關蛋白,就有可能為預防、診斷和治療重大疾病以及衰老性疾病提供關鍵信息。