新研究:双壳类动物可能掌握着延长寿命的秘诀

新研究:双壳类动物可能掌握着延长寿命的秘诀

博洛尼亚大学的研究人员发现了一个与双壳类软体动物长寿相关的基因网络,为延长寿命的遗传机制提供了新的见解。 这项开创性的研究表明,不同动物物种的长寿有一个共同的分子基础。

数百年来,对传说中的“青春之泉”的追寻,象征着人类对长寿的渴望。 在现代,这种探索在科学领域找到了新的生命,特别是随着先进的基因组测序技术的出现。 这些创新使研究人员能够更深入地研究控制衰老的遗传基础和延长寿命的潜力。

在最近发表在《基因组生物学与进化》杂志上的一项新研究中,博洛尼亚大学的研究人员将注意力转向了一组不太可能的生物——双壳类软体动物,包括蛤蜊、贻贝、牡蛎和扇贝。 这些海洋和淡水动物的寿命范围惊人,从 1 年到 500 多年不等,是研究长寿秘密的理想对象。

这项新研究的结果揭示了一个基因网络,这些基因在长寿和短寿双壳类动物中进化不同,其中许多与其他动物的长寿有关。 这里的分析表明,在不同的动物谱系中,有一个共同的分子框架可以延长寿命。

 

衰老的新角度:作为模式生物的双壳类

以前关于衰老、长寿和衰老的研究主要集中在人类和一些模式动物身上。 根据这些研究,衰老很大程度上是由细胞损伤随着时间的推移积累而驱动的。 在基因组水平上,这种损伤是由于核酸突变增加(即复制错误)、核结构变化和端粒缩短所致。

在蛋白质组学水平上,这些过程导致蛋白酶的损失和影响蛋白质折叠的误差积累。 不幸的是,关于衰老的研究在很大程度上忽略了其他长寿生物,共同第一作者Mariangela Iannello,Giobbe Forni及其合作者试图纠正这一疏忽。

“一些双壳类物种的寿命非常长,这一直让我着迷,”Iannello说。“当我意识到没有人在分子进化框架内研究过这种非凡的长寿时,我知道我们必须开始研究这些动物的长寿。

研究人员利用来自33种双壳类物种的转录组资源,研究了四种双壳类动物超长寿命的潜在机制:Arctica islandica,Margaritifera margaritifera,Elliptio complanataLampsilis siliquoidea。其中,海洋鹌鹑 A. islandica 保持着最长寿的非殖民地动物物种的记录,为 507 年,而其他动物的最长寿命为 150-190 年。

揭开长寿的遗传秘密

利用这个数据集,科学家们寻找在长寿双壳类动物和短寿命双壳类动物中进化不同的基因——在进化速率、氨基替换和正选择特征方面。与DNA损伤反应、细胞死亡和凋亡途径的调节、细胞对非生物刺激的反应以及缺氧耐受性相关的基因在长寿物种中都显示出趋同的进化模式。有趣的是,在长寿双壳类中表现出趋同进化的蛋白质表现出比预期更多的物理和功能相互作用,这表明它们在生物学上是相连的。

对于这种相互作用网络中的许多蛋白质,实验研究已经证明了在其他动物的寿命和衰老中起作用。“我发现最令人兴奋的是,”Iannello说,“这个网络中的许多基因以前与其他物种的长寿有关。这一发现的一个重要含义是,寿命的延长可能涉及非常遥远的物种中的共同遗传因素。

除了这些共同的长寿驱动因素外,该研究还确定了网络中尚未证实其在长寿中的作用的蛋白质。例如,鉴定了参与蛋白稳态的三个基因(即蛋白质功能的折叠、陪伴和维持),表明更有效地处理受损或错误折叠的蛋白质可能与双壳类动物的寿命延长有关。Iannello指出,“我们相信这些基因是新的和令人兴奋的候选基因,不仅可以在双壳类动物中,而且在其他物种中,都可以在延长寿命方面发挥作用。

未来方向和更广泛影响

该研究的作者计划通过更多的比较研究继续在这些发现的基础上进行研究。根据Iannello的说法,“在这项工作中获得的结果使我们兴奋地探索更多物种的长寿。特别是,我们想研究在长寿中具有潜在作用的基因中的进化信号是否以某种方式在来自不同分类群的长寿物种之间共享。然而,这种调查可能并不简单。

“像长寿这样复杂和多因素的过程绝对具有挑战性,需要对大数据进行深入操作和多种互补的综合方法,”Iannello说。“另一方面,组学数据的增加将使我们能够探索以前从未在这种情况下考虑过的物种,这将极大地有助于推进衰老研究。

虽然延长寿命的机制仍远未完全了解,但长寿的非模式生物可以为衰老和长寿提供独特而有价值的见解。例如,在《基因组生物学与进化》杂志最近的另一项研究中,都柏林大学的研究人员分析了37种胎盘哺乳动物中与人类长寿相关的基因,其中包括裸鼹鼠和大鼠耳蝙蝠等长寿物种。

该研究发现,更长的寿命与长寿基因的复制之间存在相关性。虽然有些人可能对在非常遥远的物种之间转移知识持怀疑态度,例如在双壳类和人类之间,但Iannello指出,“科学有着悠久的研究历史,专注于最不同的分类群,这些分类群深刻影响了我们对人类生物学的理解。我认为,特别是在老龄化领域,我们可以从周围的自然世界中学到很多东西。

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