Bất tử để đổi lấy vô sinh? • Alexey Timoshenko • Tin khoa học về "Yếu tố" • Di truyền học

Bất tử để đổi lấy vô sinh?

Tuyến trùng C. elegans (màu cho phép bạn chọn nhân tế bào). Ảnh từ en.wikipedia.org

Một nhóm các nhà khoa học thuộc Đại học Y khoa Arkansas (Little Rock, Mỹ) do Robert Schmuckler Rice lãnh đạo quản lý để đạt được gấp mười lần – một kỷ lục cho đến nay – tăng tuổi thọ của giun tròn. Do chỉ có một thay đổi trong gen tuổi-1, họ quản lý để có được những cá nhân đã sống lâu, có khả năng kháng với nhiều chất độc khác nhau, nhưng đồng thời hoàn toàn vô sinh.

Tuyến trùng (giun tròn) Caenorhabditis elegans – Một sinh vật mô hình yêu thích của các nhà sinh vật học. Nếu ví dụ về vi khuẩn E. coli các nhà sinh vật học nghiên cứu prokaryotes, ví dụ, nấm men Saccharomyces cerevisiae – sinh vật đơn bào rồi C. elegans, cùng với ruồi giấm và chuột thí nghiệm, là một đối tượng không thể thiếu trong việc nghiên cứu động vật đa bào.

Các nhà sinh học yêu thích sâu một phần do tính minh bạch và tỷ lệ sinh sản của nó (chu trình phát triển đầy đủ C. elegans khoảng ba ngày). Và mặc dù C. elegans hầu như không thể nhìn thấy bằng mắt người (nó chỉ đạt tới 1 mm chiều dài), trong nhiều thập kỷ nghiên cứu, một số trong số đó được dành cho các vấn đề của sinh vật lão hóa,Con sâu nhỏ này đã mang lại nhiều lợi ích cho nhân loại – các nhà sinh học phân tử, các nhà phôi học, và thậm chí cả các nhà thần kinh học đã làm việc và tiếp tục làm việc với nó (con giun có hệ thần kinh gồm ba trăm tế bào thần kinh).

Cho đến nay, C. elegans Có khoảng 80 đột biến ảnh hưởng đến tuổi thọ. Đặc biệt, trước đây đã lưu ý rằng vi phạm các phân tử liên kết với một hormone quan trọng (hiện diện ở người) – yếu tố tăng trưởng giống như IGF-1 (yếu tố tăng trưởng giống insulin, IGF-1), dẫn đến dư thừa gấp ba lần vòng tuần hoàn tự nhiên của tuyến trùng C. elegans (và đưa ra một hiệu ứng nhỏ hơn một chút khi làm việc với các loài khác, chẳng hạn như chuột). Tuy nhiên, trong một tác phẩm được xuất bản gần đây trên tạp chí Tế bào lão hóaKỷ lục này đã bị vượt quá ba lần. "Knock out" một trong những enzym trong các tầng của yếu tố tăng trưởng giống như insulin đã không cung cấp cho một gấp ba lần, nhưng tăng gấp mười lần trong tuổi thọ: một số tuyến trùng thử nghiệm sống chín tháng.

Trong bất kỳ sinh vật nào – thậm chí đơn bào – có một số tầng phân tử được thiết kế để truyền thông tin về những ảnh hưởng bên ngoài hoặc những thay đổi trong môi trường bên trong đến một cơ chế phức tạp để điều chỉnh biểu hiện gen.Một tín hiệu đến các thụ thể màng tế bào (ví dụ, nếu một phân tử thụ thể tương tác với phân tử hormon tín hiệu, chất dẫn truyền thần kinh, hoặc thuốc) kích hoạt một chuỗi các biến đổi phức tạp, chẳng hạn như thay đổi sự phù hợp protein, thêm và loại bỏ các nhóm phosphate, xúc tác và ức chế các phản ứng sinh hóa khác nhau. Ở mỗi giai đoạn của quá trình chuyển đổi, cả khuếch đại tín hiệu và sự truyền tín hiệu của nó đến phía cần thiết – tới nhân và các nhân tố phiên mã điều chỉnh sự phiên mã của DNA từ một số gen nhất định xảy ra.

Sơ đồ tầng phân tử IGF-1 (Con đường báo hiệu được trung gian bởi IGF-1). Hình từ trang web www.grt.kyushu-u.ac.jp (có tất cả các yếu tố trong hình có thể nhấp)

Các chất có khả năng kích hoạt các phân tử phân tử bao gồm, đặc biệt là insulin và yếu tố tăng trưởng giống insulin IGF-1. Sự phân nhánh của các phân tử phân tử được kích hoạt bởi các thụ thể insulin dẫn đến thực tế là peptid tương đối ngắn (51 amino acid) ảnh hưởng đến các quá trình chuyển hóa glucose và điều hòa huyết áp đến sự khởi phát của các bệnh thoái hóa thần kinh. Một chuỗi 70 axit amin tương tự trong cấu trúc phân tử, IGF-1, đã đóng một vai trò khác nhau.Yếu tố tăng trưởng giống Insulin có liên quan đến các quá trình phân hóa và tăng trưởng tế bào, và thậm chí có thể dẫn đến ngăn chặn quá trình apoptosis – tế bào chết được lập trình. IGF-1 cũng tham gia vào quá trình tổng hợp hormon somatotropic (ở người, đã ở mức độ toàn bộ cơ thể, chịu trách nhiệm cho sự phát triển của xương ở trẻ em và thanh thiếu niên), đồng thời ảnh hưởng đến sự tổng hợp và phân hủy protein và một lần nữa mức glucose trong máu.

Các thác tín hiệu được kích hoạt bởi một yếu tố tăng trưởng giống insulin là khá phức tạp. IGF-1 đầu tiên tương tác với các thụ thể đặc biệt, sau đó tín hiệu được truyền đi với sự tham gia của enzyme phosphatidyl-inositol-3-kinaza bậc nhất (PI3K)CS) với bốn protein kinaza khác nhau và đã từ kinaza đến hạt nhân và bộ gen (nơi biểu hiện gen bắt đầu hoặc ngừng lại). Có thể can thiệp vào công việc của tầng này ở các giai đoạn khác nhau, vô hiệu hóa các gen nhất định, và các can thiệp như vậy thường dẫn đến sự thay đổi trong tuổi thọ của giun.

Trong công trình của các nhà khoa học Mỹ nghiên cứu đột biến vô nghĩa (dẫn đến gián đoạn tổng hợp protein: thay vì codon mã hóa axit amin tiếp theo trong chuỗi, một codon dừng xuất hiện) của gen tuổi-1mã hóa một protein PI3KCS. Trước đây, việc vi phạm các phần khác của chuỗi tín hiệu đã được nghiên cứu về đột biến của các gen khác – ví dụ, gen daf-2 (mã hóa cho thụ thể IGF-1) và daf-12 (mã hóa yếu tố phiên mã). Việc “loại bỏ” của cả hai gen này đã đưa ra một trong những bản ghi trước đó – cuộc sống của tuyến trùng được mở rộng 4,4 lần. Nhưng điều này vẫn không phải là thứ tự độ lớn và, hơn nữa, do sự kết hợp của hai đột biến (và không phải là một, như trong trường hợp tuổi-1).

Gạo và các đồng nghiệp quản lý để có được con từ đột biến bởi gen tuổi-1mà trước đây được coi là không đạt đến tuổi trưởng thành về nguyên tắc. Cha mẹ của tuyến trùng đột biến là dị hợp tử – với một bản sao có thể hoạt động của gen và, do đó, với sinh lý bình thường. Đó là, trong các tế bào lưỡng bội của chúng, chỉ có một bộ nhiễm sắc thể mang đột biến gen mà chúng ta quan tâm. tuổi-1. Hiệu ứng của đột biến này chỉ biểu hiện bằng 1/4 của con cái, mà (theo đầy đủ các định luật thừa kế của Mendel) nhận được cả hai bộ vật liệu di truyền với một đột biến trong gen tuổi-1. Quý này của thế hệ đột biến đồng hợp tử đầu tiên mang một số lượng enzyme mẹ và do đó nó có thể mang lại con cái (không PI3K, quá trình hình thành tế bào mầm không kết thúc).Các đột biến có thể phát triển ở nhiệt độ thấp (15-20 ° C thay vì 25 ° C bình thường, lúc đó, như một số tác giả đã cho thấy trước đó, sự phát triển dừng lại ở giai đoạn ấu trùng) và để có thế hệ thứ hai – thú vị vì chúng không có di truyền enzyme trứng mẹ PI3KCS; theo nghĩa hẹp, đó là những tuyến trùng này đã trải qua tất cả các tác động của đột biến.

Những đột biến đồng hợp tử của thế hệ thứ hai sống lâu gấp mười lần so với bình thường C. elegans. Nhưng đồng thời chúng vô trùng: sự vắng mặt hoàn toàn của PI3KCSbao gồm cả cha mẹ, không chỉ dẫn đến sự kéo dài của cuộc sống, mà còn dẫn đến vô sinh. Vì vậy, sự ngắt kết nối của các tầng phân tử hiện tại (cụ thể là, sự ngắt kết nối của các phân tử hiện có, và không phải là sự bổ sung của một số gen mới!) Vẫn không truyền cho chúng vì không có gì.

Một câu hỏi tự nhiên nảy sinh: liệu về nguyên tắc có thể mở rộng kết quả của một nghiên cứu cho động vật có vú không? Xét cho cùng, những con chuột có đột biến ảnh hưởng đến thác IGF-1 cũng sống lâu hơn bình thường, nhưng chỉ 1,7 lần và đồng thời bổ sung các hạn chế dinh dưỡng được giới thiệu cho chúng. Vì vậy, có thể bằng cách nào đó bù đắp cho liên quan đến gen tuổi-1 vô sinh và chỉ để lại một cuộc sống lâu dài?

Một loạt dữ liệu cho thấy rằng nó là không thể – ít nhất là trong một hành động. IGF-1 và các enzym liên quan cũng tham gia, ít nhất, cũng trong các quá trình trao đổi chất (một nghiên cứu chi tiết của cùng một nhóm tác giả hứa hẹn sẽ xuất bản trong tương lai gần). Ngoài ra, giun sống lâu cũng được chứng minh là có khả năng chống lại hydrogen peroxide, nhưng ít khả năng chịu nhiệt độ cao hơn (35 ° C) so với giun thông thường. Nếu một gen ảnh hưởng đến nhiều quá trình khác nhau, thì chúng ta có thể nói gì về sự tương tác của một số gen liên quan đến sự trưởng thành của trứng?

Nguồn: Srinivas Ayyadevara, Ramani Alla, John J. Thaden, Robert J. Shmookler Reis. Tuổi thọ đáng chú ý và khả năng chống stress của tuyến trùng PI3K-null đột biến // Tế bào lão hóa. 2208. V. 7. № 1. P. 13-22 (10) (toàn văn – PDF, 450 Kb).

Alexey Timoshenko


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: