上海
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作者：Jerry
导读：衰老，是一个复杂、多阶段、渐进的过程，发生在生命的整个过程。随着时间的流逝，人体的器官、肌肉会逐渐衰老，一些疾病也伴随着年龄的增长而发生，包括癌症、糖尿病、心血管疾病等。
研究背景
01
人的寿命与构成我们的单个细胞的衰老有关，早在2020年7月，加州大学圣地亚哥分校的郝楠团队就在国际顶级期刊《Science》上发表了一篇题为“A programmable fate decision landscape underlies single-cell aging in yeast”的论文。该研究成功破译出了酵母细胞的两种关键老化机制，也就是酵母细胞的两种“死法”。
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aax9552
研究人员将单细胞研究和数学模型结合起来，表明酵母细胞表现出两种不同形式的“死法”:一种导致核仁衰退死亡，另一种导致线粒体衰变死亡。赖氨酸脱乙酰酶Sir2的过表达有助于核糖体DNA沉默，导致第三次细胞衰老命运，其中平均寿命延长。如果其他细胞以类似的方式老化，那么这项研究可能会提供新的方法来考虑衰老的动态和延长健康跨度的策略。
相同环境下，细胞的2种衰老途径，线粒体（绿色）和DNA（红色）
在确定细胞在衰老过程中遵循的两个不同路径后，研究人员通过基因编程这些过程来延长细胞的寿命。
2023年4月27日，加州大学圣地亚哥分校的郝楠团队又在《Science》期刊上发表了一篇题为" Engineering longevity-design of a synthetic gene oscillator to slow cellular aging "的研究论文。
该研究显示，通过合成生物学重新编程细胞衰老的过程，在酵母细胞内设计了一个合成基因振荡器，与正常衰老的酵母细胞相比，寿命延长了82%，这一发现有朝一日可能会促成合成基因回路的设计，从而促进更复杂的生物体长寿。
https://www.science.org/doi/10.1126/science.add7631
研究过程
02
合成生物学使基因网络的设计能够赋予特定的生物功能，但合理地设计像寿命这样复杂的生物特征仍然是一个挑战。在酵母细胞衰老过程中，自然发生的拨动开关决定了细胞核或线粒体的衰退。研究人员重新连接了这种内源性的开关，以设计一个自主的遗传时钟，在单个细胞的核仁和线粒体衰老过程之间产生持续的振荡。这些振荡通过延迟衰老来延长细胞寿命，衰老是由染色质沉默的丧失或血红素的耗尽引起的。该研究结果在基因网络结构和细胞寿命之间建立了联系，这可能导致合理设计的基因回路减缓衰老。
在最新的研究中，郝楠团队创造性地为酵母细胞定制了一种“合成振荡器装置”。研究人员对控制细胞老化的电路进行了基因重新布线，设计了一个负反馈回路，能够驱动细胞周期性地在两种 “衰老”状态间切换，避免长时间埋没于其中任何一种状态，从而减缓细胞的退化。该行为导致的直接结果是，酵母细胞的寿命延长了82%。
通过合成振荡器延长82%寿命
研究意义
03
研究人员指出，这一结果展示了合成生物学在重新编程细胞衰老过程中的成功应用，并可能为设计合成基因回路奠定基础，以有效延长更复杂生物体的寿命。
接下来，郝楠和团队将会持续深化研究，由酵母细胞进一步扩展至动物细胞甚至人类细胞上去。
参考资料：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aax9552
https://www.science.org/doi/10.1126/science.add7631
注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。
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