客观日本

防止蛋白质合成错误,“核糖体”研究有望延长健康寿命

2021年10月25日 生物医药

负责体内蛋白质合成的“核糖体”是生命活动的重要物质。东京大学等的研究显示,随着年龄的增长,核糖体的基因会发生变化,容易出现异常蛋白质合成,可能会引起各种衰老现象。如果能找到维持核糖体质量的机制,到2050年前后或许可以将无需进行日常医疗和护理即可生活的“健康寿命”延长到80岁左右。

作为生命蓝图的基因组(全部遗传信息)储存在细胞核内的染色体DNA中。相当于DNA副本的是mRNA(信使RNA),根据副本合成蛋白质的“工厂”就是核糖体。人类的基因组中重复存在几百个以上用于生成“核糖体RNA”(相当于核糖体结构的一部分)的基因。

东京大学的小林武彦教授等人组成的研究团队正在开展关于核糖体与寿命的研究。截至目前已通过小鼠实验发现,年龄越大,核糖体RNA发生的基因突变越多,基因的作用就越小。研究团队在酵母基因中再现高龄小鼠身上发生的突变,酵母的寿命缩短。

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年轻小鼠(左)和老龄小鼠(右)。老龄小鼠的核糖体基因发生突变(图片由东京大学的小林武彦教授提供)

这些结果表明,核糖体RNA的基因突变可能会引起身体机能的退化和疾病等衰老现象。突变可能导致核糖体错误地识别作为蛋白质成分的氨基酸种类,或者导致正在合成的蛋白质无法形成准确的立体结构。这导致了异常蛋白质的增加,从而使细胞功能下降和衰老。

一般来说,生物具有修复突变的机制。因为在细胞分裂时会不可避免地发生DNA被错误复制,或者因紫外线和辐射等而发生变化的情况。

小林教授和堀优太郎助教等人组成的研究团队于2021年8月报告,人类的核糖体RNA基因被认为具有特征性修复机制。研究团队发现,在数量达几百个以上的这些基因中,离得越近的基因结构越相似。可能是相邻的基因在相互复制对方的序列。即使发生突变,也会被正确的序列覆盖,容易被修复。

研究团队还发现,患遗传性疾病早衰症的患者,其核糖体RNA基因的变化约为正常人的10倍。患者体内参与DNA修复的基因与正常人不同。今后如果能通过基因组编辑技术等实现减少突变的机制,那么不仅是患者,还有望延缓所有人的衰老现象。

能独立生活的“健康寿命”截至2016年为男性平均72.14岁,女性平均74.79岁。与平均寿命之间的差距为男性约9年,女性约12年。厚生劳动省提出了2040年之前将男性和女性的健康寿命都提高到75岁以上的目标。小林教授表示:“如果能找到一种维持核糖体功能准确性的方法,那么到2050年前后有望将健康寿命延长至近80岁”。

古菌等也提供了线索

关于寿命和核糖体的技术动向与前景
1990年代后半期 美国麻省理工学院等确定可能与寿命有关的基因
2016年 日本人的健康寿命为男性72.14岁,女性74.79岁
2021年 东京大学等报告核糖体RNA基因的修复机制
2021年 英国大学发现超嗜热古菌的核糖体携带的突变与合成精度有关
2040年 男性和女性的健康寿命都提高到75岁以上(厚生劳动省的目标)
2050年 健康寿命有望达到80岁左右

其他生物也有核糖体,并且特性适应各自生活的环境。有观点认为,要想延长寿命,不仅要抑制人类核糖体的变化,还要利用其他生物的核糖体的特性。

英国伦敦大学学院2021年9月分析了海底热液喷出区域等存在的“超嗜热古菌”的核糖体,并报告发现存在与其他生物不同的突变。将这种突变导入果蝇的核糖体后发现,蛋白质的合成精度得到了提高。导入酵母等后发现,酵母变得耐热,寿命也延长了。

在高温下蛋白质很难形成正确的立体结构。古菌的核糖体携带特征性突变可能是因为形成了即使在极限环境下也能准确合成蛋白质的适应性。不过,将这种突变导入酵母之后,酵母的生长速度变慢,似乎存在此消彼长(Trade Off)的关系。

尽管如此,“从这种核糖体中获得的研究结果仍然有望用来开发针对老年人的药物”(小林教授)。在老年人体内,合成蛋白质的立体结构的准确性容易下降。另外,老年人的身体无需继续生长。因此,研究团队认为,有可能开发与核糖体携带的突变具有相同效果的药物。

日文:尾崎达也、《日经产业新闻》,2021/10/15
中文:JST客观日本编辑部