威爾康奈爾醫學院的研究人員表示，細胞年輕的秘密可能在於維持一個小的核仁——細胞核內的緻密結構。這些發現是在酵母中發現的，酵母是一種以製作麵包和啤酒而聞名的模型生物，但在細胞層面上與人類驚人地相似。

這項研究於11 月25 日發表在《自然老化》雜誌上，可能帶來新的長壽治療方法，延長人類壽命。它還建立了一個死亡計時器，揭示細胞在死亡前還剩下多長時間。

隨著年齡的增長，人們更有可能出現健康問題，如癌症、心血管疾病和神經退化性疾病。 「老化是這些疾病的最高風險因素，」威爾康奈爾醫學院病理學和實驗室醫學教授傑西卡泰勒博士說。 「與其單獨治療每種疾病，更好的方法是開發一種治療方法或補充劑，透過預防導致疾病的潛在分子缺陷來延緩疾病的發生。」核仁可能是關鍵。

細胞核包含細胞的染色體和核仁，核醣體DNA (rDNA) 就位於核仁中。核仁將編碼核醣體（蛋白質建構機制）的RNA 部分的rDNA 隔離。 rDNA 是基因組中最脆弱的部分之一，因為它具有重複性，因此一旦受損，就更難維護和修復。如果rDNA 中的損傷無法準確修復，則會導致染色體重排和細胞死亡。

這個帶有核仁（粉紅色）的細胞核模型顯示了核醣體DNA 在年輕細胞中如何正確修復。然而，在核仁增大的老年細胞中，DNA 修復不準確，導致細胞死亡更快。來源：Tyler Lab

從酵母到蠕蟲再到人類，在老化過程中，核仁都會擴大。另一方面，抗衰老策略（如限制熱量或少吃）會導致核仁變小。 「熱量限制有很多不同的作用，沒有人知道它延長壽命的具體方式，」泰勒博士說。

泰勒博士和論文的第一作者、博士後研究員J. Ignacio Gutierrez 博士懷疑，保持核仁較小可能會延緩老化。為了驗證這個想法，他們設計了一種人工方法，將rDNA 固定在酵母細胞細胞核周圍的膜上，這樣他們就可以控制它何時固定，何時不固定。 「我們系統的優勢在於，我們可以將核仁大小與抗衰老策略的所有其他影響隔離開來，」古鐵雷斯博士說。

研究人員發現，束縛核仁足以使其保持緊湊，小核仁延緩老化的程度與熱量限制大致相同。

有趣的是，隨著細胞衰老，核仁在整個生命週期中並沒有以相同的速度擴張。在酵母的大部分生命中，它們都保持較小，但在核仁大小閾值處，核仁突然開始快速生長並擴大到更大的尺寸。達到此閾值後，細胞平均只能存活約五次細胞分裂。

「當我們看到尺寸不是線性增加時，我們就知道發生了一些非常重要的事情，」古鐵雷斯博士說。超過閾值似乎充當了死亡計時器，計時細胞生命的最後時刻。

在老化過程中，DNA 會累積損傷，其中一些損傷可能會對細胞造成毀滅性打擊。在測試中，研究團隊發現大核仁的rDNA 穩定性低於小核仁。此外，當結構較大時，通常被排除在核仁之外的蛋白質和其他因子不再被排除在外。就好像核仁變得有漏洞，讓可能破壞脆弱的rDNA 的分子進入。

「凝聚物的全部意義在於分離生物反應，幫助它們有效工作，但現在當其他蛋白質進入核仁時，就會導致基因組不穩定，從而引發壽命的終結，」Tyler 博士說。這些蛋白質可能會導致災難性的問題，例如染色體重排。

接下來，研究人員計劃研究核仁對人類幹細胞老化的影響。幹細胞很特別，因為它們有可能在死亡時取代其他細胞類型。但最終，幹細胞會停止分裂，因此研究人員希望利用從這個計畫中獲得的知識使它們存活更長時間。

「我很高興我們能夠將核仁的結構與修復過程聯繫起來，這種方式可以從酵母保留到人類，」Gutierrez 博士說。

DOI：10.1038/s43587-024-00754-5

編譯自/ scitechdaily