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线虫研究如何帮助解读人类衰老的奥秘?

2019-04-10 06:38 大数据实验室

线虫研究能告诉我们关于人类衰老的奥秘吗?或许这要比我们想象之中更多,日前一项刊登在国际杂志Frontiers in Molecular Biosciences上的研究报告中,来自Babraham研究所的研究人员通过联合研究在秀丽隐杆线虫体内开发出了一种公认的代谢通量模型,同时研究者还阐明了如何利用这种模型来理解机体代谢和老化之间的关联。

图片来源:Dr. Laetitia Chauve, Babraham Institute.

代谢能够助力生命,其能将食物转化为细胞各项过程所需要的能量,并确保有机体满足基本基本元件的供给;更重要的是,代谢在调节机体寿命上扮演着关键角色,许多已知的能够延长机体寿命的基因都能通过改变细胞和组织中的能量和信号流动来实现这一目的;而且在包括人类在内的有机体中,饮食和严格的热量限制对机体寿命的影响也证明了这种关系。

因为寿命较短(2-3周)及能作为现成的遗传研究工具,秀丽隐杆线虫常常是一种调查机体衰老的最佳生物模型,其拥有和人类非常相似的多种核心代谢通路和关键的因素,这些因素在决定线虫寿命上扮演着关键角色。研究者Janna Hastings表示,想要充分发挥线虫作为一种研究工具的一个主要障碍就是缺乏统一的模型来理解线虫机体的代谢模式,为了克服这个问题,研究人员发起了一项全球合作,将线虫代谢通路的现有信息和互相冲突的信息协调成为一种单一的社区一致性模型进行研究。

这项研究中,研究人员利用秀丽隐杆线虫进行研究理解了在机体老化的正常过程中线虫体内代谢的改变情况,以及利用改变代谢流的多种干预性措施如何延长线虫的寿命和生活质量;随着线虫年龄的增长,衰老线虫机体所表现的明显的生理学改变表明其已经丧失了中枢性的代谢能力。研究者所开发的代谢模型对他们而言很有价值,但目前存在一个关键的局限性,这种模型能够更好地反映线虫在成长过程中所发生的一系列事件,而不仅仅是衰老阶段。

研究者Olivia Casanueva说道,我们所面对的一个关键挑战就是,现有的模式工具是针对动物或生长过程中的细胞进行优化的,而这在衰老过程中或许是并不能发挥作用的。为了应对这一挑战,研究者利用来自多组学资源(转录组学和代谢组学)中的数据对模式化工具进行了重新优化,同时利用该工具对线虫衰老过程中的机体代谢流进行了深入研究。

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图片来源:The Babraham Institute

这种模型与理解衰老过程中发生的代谢变化的相关性在实验室中能通过研究衰老的线虫得以验证,随后研究者鉴别出了多种代谢产物,其能会随着线虫机体的老化而发生明显改变,同时也能够提示线虫在衰老过程中细胞中线粒体功能的下降。线粒体是细胞中的能量工厂,在老年人中线粒体功能的下降对于机体老化非常关键,而且也常与诸如阿尔兹海默病相关的年龄相关疾病的发病直接相关;研究人员想通过研究确定是否这种新型优化的工具能够帮助预测线粒体所产生的代谢产物是否受年龄影响最大。

研究者Casanueva说道,这种模型预测相当准确,因为其能够帮助预测,作为能量产生的关键来源:草乙酸盐(Oxaloacetate)在衰老的线虫中会受到限制。我们都知道,所有的代谢产物都能作为老化线虫食物来源的补充,而草乙酸盐是一种能够产生强大效应的代谢产物,其能将线虫寿命延长20%。

那么线虫研究又能告诉我们关于人类衰老什么奥秘呢?最后研究者Casanueva说道,对衰老动物模型的重新优化代表了该领域的重大技术进步,并能够将衰老过程中的代谢通量预测地更为准确。通过对衰老实验模型进行深入研究和理解,我们就可以清楚知晓人类机体中所发生的事件,这对于人类的健康老龄化至关重要。

原始出处:【1】What can worms tell us about human aging?

February 6, 2019, Babraham Institute

【2】Janna Hastings,Manusnan Suriyalaksh,Olivia Casanueva, et al. Flow with the flux: Systems biology tools predict metabolic drivers of ageing in C. elegans. Current Opinion in Systems Biology, February 2019, doi:10.1016/j.coisb.2018.11.005

【3】Michael Witting, Janna Hastings, Nicolas Rodriguez,et al. Modeling Meets Metabolomics—The WormJam Consensus Model as Basis for Metabolic Studies in the Model Organism Caenorhabditis elegans, Front. Mol. Biosci.14 November 2018 doi:10.3389/fmolb.2018.00096

【4】Janna Hastings, Abraham Mains1, Bhupinder Virk,et al.  Multi-Omics and Genome-Scale Modeling Reveal a Metabolic Shift During C. elegans Aging, Front. Mol. Biosci., 06 February 2019 doi:10.3389/fmolb.2019.00002



来源:细胞

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