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新的研究表明,“抗衰老”蛋白质减缓细胞生长是长寿的关键

人类的寿命比以往任何时候都要长。但是,随着预期寿命的增加,与年龄相关的疾病(如癌症和痴呆)的发生率也在增加。

但是,理解衰老的生物学,了解与这些过程有关的基因和蛋白质,将有助于我们延长“健康寿命”——人们可以在健康和生产状态下生活,而不患与年龄有关的疾病。

在最近的一项研究中,我们的团队发现了一种名为Gaf1的新型抗衰老蛋白质。我们发现Gaf1控制蛋白质代谢,这一过程与衰老和疾病有关。我们还发现,没有Gaf1,细胞的寿命更短。

老化和饮食

老化是一个复杂的过程,取决于基因和环境因素,如饮食。众所周知,限制卡路里的饮食可以延长寿命。这适用于各种生物,包括酵母、老鼠和猴子。短期研究表明,它还能改善人类健康。

然而,科学家们现在意识到,实际上可能是特定营养素的数量——如氨基酸(蛋白质的组成部分)——与长寿有关,而不是消耗的热量。

细胞通过我们细胞内的特定分子来感知环境中营养物质的数量。其中一个分子是雷帕霉素酶的靶分子,也被称为TOR。TOR可以感知到体内和细胞中氨基酸的数量。

当我们的细胞有足够的氨基酸时,TOR酶会调整我们的新陈代谢,并通过制造大量的蛋白质来指导细胞生长。这个过程被称为蛋白质翻译。

但是如果氨基酸是有限的,TOR指示身体保持警觉——科学家称之为“轻度应激反应”的状态。我们现在知道,这种“应激反应”总体上对细胞和有机体是有益的,而增加蛋白质翻译和更新则是有害的。这是因为长寿与机体有效应对内外压力的能力密切相关。处于“警戒”状态的细胞会更好地应对。一个细胞投资于蛋白质翻译,因此生长,降低它的防御能力,不能有效地应对压力。

例如,在最近的一项研究中,科学家们分析了寿命从4年到200年不等的不同动物细胞内蛋白质的变化。他们发现,与寿命较短的动物相比,寿命较长的动物细胞内的蛋白质周转率和能量需求较低。

我们的DNA携带着我们的遗传信息。基因是DNA片段,许多基因负责制造蛋白质。为了合成蛋白质,细胞需要通过转录的过程产生相应基因的拷贝(称为mRNA)。信使rna引导细胞的核糖体按照氨基酸应该连接在一起的顺序来合成蛋白质。

除了需要mRNA和核糖体,细胞还需要ATP、氨基酸和tRNAs(携带氨基酸到核糖体的小分子)形式的能量来进行蛋白质翻译。翻译需要大量的能量为一个细胞,每个细胞可能需要成千上万的核糖体翻译其蛋白质。

细胞拥有的食物越多,TOR酶就越活跃,从而指导细胞生长和分裂,这需要蛋白质翻译和能量消耗。相反,当TOR不活跃时(在饮食限制期间发生的情况),它将通过阻止现有核糖体的功能来阻止转译。它还会阻止新的核糖体的产生。

Gaf1和老龄化

我们最近发现了Gaf1蛋白的新功能。Gaf1是一种转录因子,这意味着它是一种蛋白质,能够结合在细胞的DNA上,激活或抑制特定的基因。当TOR激活时,Gaf1存在于细胞的细胞质中,不与DNA结合。然而,当TOR通过饮食或药物失活时,Gaf1可以到达细胞核并与DNA结合。

我们的团队发现,当Gaf1与DNA结合时,它会阻止所有负责生成tRNAs的基因。它还会阻止其他需要翻译的基因,比如那些负责制造核糖体的基因。它通过控制一个负责提供制造蛋白质的所有构件的基因网络来做到这一点。这意味着Gaf1通过阻止细胞生成这个过程所需的组件来确保细胞停止将能量转换。然而,这只是暂时的,一旦有了氨基酸,情况就会逆转。

我们还发现缺乏Gaf1的细胞是短命的。如前所述,TOR信号细胞生长,这有助于它们的老化。但是,当TOR通过饮食限制或药物被抑制时,生长就会停止,寿命就会延长。如果没有Gaf1,生长不会停止,观察到的寿命延长也不会完全发生。换句话说,我们发现了一种调节饮食限制的有益影响的分子。

尽管我们的研究专门针对酵母,但与Gaf1类似的蛋白质存在于许多动物体内,包括人类——而且已经证明它们控制着我们的发育和干细胞,这两者在我们是否会患上癌症等疾病方面都很重要。这些蛋白质在人类体内的功能可能与在酵母体内的Gaf1相同。

TOR功能、细胞生长和蛋白质生产对我们的生理和健康都很重要,但也会导致某些疾病的发生,如癌症或阿尔茨海默氏症。我们的研究显示了饮食限制是如何被控制的,甚至是细胞的基因。了解了这一点,我们就可以研究特定的药物或饮食是如何改变这些因素的功能,从而使我们受益——甚至可能延长我们的健康寿命。

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