一種棲息于東非地下的嚙齒類動物裸鼴鼠何以能長壽不衰?原來,它們能通過一種關鍵的胞質DNA傳感器——cGAS蛋白的適應性演化,將人類細胞中的DNA修復抑制因子轉化為修復增強因子,這為抗衰老干預提供新靶點。10月10日,同濟大學生命科學與技術學院、附屬婦產科醫(yī)院毛志勇教授團隊的這一科學發(fā)現(xiàn)在線發(fā)表于國際頂級學術期刊《科學》。
中國已步入老齡化社會,揭示長壽的奧秘是實現(xiàn)健康老齡化目標的關鍵。既往研究表明,DNA修復能力是決定物種壽命的關鍵因素之一。近年來,學界開始嘗試從非經典的長壽模式生物中探尋衰老與長壽的調控機制。裸鼴鼠壽命可接近40年,且對多種疾病展現(xiàn)出高度抵抗力,因此成為長壽研究的理想模型。盡管已有研究證實裸鼴鼠具有強大的基因組穩(wěn)定性維持能力,但其背后的特異性分子調控機制尚不清晰。
2018年,毛志勇教授團隊與同濟大學醫(yī)學院、附屬上海市肺科醫(yī)院戈寶學教授團隊合作發(fā)現(xiàn)人類cGAS蛋白在DNA損傷后會入核并抑制同源重組修復,導致基因組不穩(wěn)定。基于此合作研究,研究團隊發(fā)現(xiàn)裸鼴鼠cGAS的功能發(fā)生顛覆性逆轉——它可顯著提升同源重組修復效率。
團隊利用前期開發(fā)的DNA修復報告系統(tǒng)對關鍵區(qū)段及功能位點進行篩選,最終鎖定了裸鼴鼠cGAS的C端結構域中4個進化特異的氨基酸介導了這種功能的逆轉。突變裸鼴鼠cGAS的上述位點導致其功能丟失;而將這4個位點引入人類cGAS,可消除其對同源重組修復的抑制。團隊隨后開展大量實驗,深入揭示了上述4個位點調控同源重組修復的分子機制。
cGAS序列的改變是否有助于裸鼴鼠的長壽?團隊成員發(fā)現(xiàn),表達裸鼴鼠cGAS蛋白不僅顯著降低細胞衰老,還可以延緩果蠅腸道、運動及生殖能力隨年老而來的衰退。最振奮人心的是,裸鼴鼠cGAS可明顯延長果蠅的壽命。而將4個位點突變引入人類cGAS,可逆轉其對細胞及個體衰老的促進作用。團隊成員還發(fā)現(xiàn),裸鼴鼠cGAS的過表達有助于抵抗小鼠多器官衰老,降低系統(tǒng)炎癥并延長其健康壽命。
此項研究探索裸鼴鼠獨特的DNA修復機制及其與長壽的關聯(lián),有望為實現(xiàn)“老而不衰”的目標提供新線索。
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