探秘人体内的基因生物钟

biological clockwork

哈佛陈公共健康学院发现一种生物标记可以决定生物年谱和年龄。(chronological and biological age)

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一种新发现的核糖体DNA(ribosomal DNA or rDNA)时钟,可以用来准确地决定个体的年谱和生物年龄,这是哈佛大学陈增熙公共健康学院的最新研究。(Harvard T.H.Chan School of Public Health)

核糖体时钟是一种新的年龄的生物标志(biomaker),是在基因上的一个片段。核糖体时钟可以有广泛的应用,包括可以测量暴露在特定污染物和膳食干预积累的程度,或者是许多物种包括人类和老鼠的年龄老化的过程。

研究者认为核糖体生物时钟,可以在环境和个体生活方式选择促进长期健康方面提供新的思路。决定生物年龄是理解物种老化的一个关键步骤,可以发展一些工具和方法去给人们提供选择去提升个体和公共健康。

这项研究发表在今年2月14日的基因研究杂志上。(Genome Research)

2

生物体的年龄老化多种多样,如酵母、虫子,老鼠和人类。年龄老化也是一种主要的致病因素,例如多血症,神经疾病,心血管疾病,癌症。

有两种类型的年龄,实际年龄(chronological age)就是一个人或者动物实际生活过的生物时长;另一种是生物年龄(biological age),是考虑到生活方式的影响可以缩短或者扩张寿命,包括膳食、锻炼,以及环境风险。(environmental exposures)生物体的实际年龄是绝对的,生物年龄则是相对的。因为生活方式和生活环境的不同,生物年龄可以比实际年龄老化或者年轻。

总体来说,生物年龄比实际年龄可以更好地预测寿命时长和疾病的风险。

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在这项新的研究中,研究人员重点关注核糖体rDNA,是基因上与年龄老化有机理关联的、最活跃的基因片段。

莱莫斯和研究论文的首位作者王蒙(Lemos and Meng Wang, a research fellow in the Department of Environmental Health),假定核糖体rDNA 是基因控制年龄老化的铁定事实(smoking gun),有可能存在我们先前没有发觉认识到的生物时钟。(biomaker clock)

为了验证他们的假设,他们检验细胞基因CpG点的表观遗传蚀变(epigenetic chemical alternations),也就是为大家所知的DNA的甲基化(DNA methylation)。在CpG点上,一个胞嘧啶核苷酸(cytosine nucleotide)跟随着一个鸟嘌呤核苷酸(guanine nucleotide),是基因调控甲基化的重要序列时点。

这项研究落脚在核糖体rDNA,一个虽然微小但却是非常重要和活跃的基因片段上,也就是13-千碱基对(13-kilobase),分析测定这个点的甲基化水平作为一个新的生物年龄标志。(biomaker clockwork)

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在老鼠、狗狗和人类基因库里的广泛数据挖掘研究,表明他们的假设有可靠的价值:无数的核糖体rDNA上的CpG点都展现出增加甲基化的迹象,也就是年龄老化的迹象。

为了更深入检验这个生物时钟的有效性,他们研究了14周实际年龄大的老鼠对于严格控制卡路里热量摄入的基因甲基化数据。通过严格控制日常的饮食热量限制来提高生物体生命质量,这是现在已知的一种关于实验鼠长寿研究的干预措施。

安放在卡路里热量限制的养生生活方式下的实验鼠,(regimen)与没有膳食干预措施的实验鼠对照组相比较,显示出在CpG点上的核糖体rDNA 甲基化有明显减少。

而且,严格限制卡路里热量摄入的实验鼠显示它们的rDNA核糖体年龄,比它们的实际年龄(chronological age)要年轻。

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这项研究神奇就在于,可以通过评估哺乳类动物基因组里一个小基因片段的甲基化,就可以准确产生生物时钟,并且与无数个基因组的时点上的时钟一样准确。

研究人员认为,这种生物时钟研究方式,可以更快更具成本效益地确定生命体的生物年龄和实际年龄,比现在检验生物体基因分散点上通用的方法要好得多。

研究发现强调了核糖体rDNA在年龄老化中的根本性作用,强调可以应用来准确预测所有哺乳类动物的年龄和老化。

更为重要的是,生物时钟对于来自环境的干预措施有明显的反应,可以让科学家、健康学家和生物学家共同研究如何在生存环境里采取更好的生活方式,以及如何选择让环境更适合人类生存。

确定一个生物体的生物年龄(biological age),可以通过个体好与坏的研究,以及个体的生活方式和环境质量,进而可以应用到提高人口的生存健康质量上。也可以用来监测一个人是不是有死亡的危险或者严重疾病的风险。

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