科学家发现,提高蛋白质合成的忠实性有助于改善健康,并延长寿命!
由英国伦敦大学学院和 MRC 伦敦医学科学研究所的科学家领导的一项针对几种简单模式真核生物的新研究发现,提高蛋白质合成的忠实性即减少蛋白质合成中自然发生的错误可以改善健康和延长寿命。
这一个发表在 Cell Metabolism 上的新发现,首次证明了降低蛋白质合成中的错误与寿命之间存在着直接联系。
与 DNA 突变对多细胞机体衰老和疾病的公认影响形成鲜明对比,翻译错误的作用很少被研究和理解,尽管翻译是基因表达中最容易出错的步骤。蛋白质合成错误率一般在 1/10000到 1/1000,大大高于DNA复制的错误率(1/100000000000~1/1000000000。事实上,蛋白质稳态破坏是导致衰老和年龄相关疾病的关键因素,而翻译是其关键决定因素之一。
在研究中,科学家聚焦于一种位于蛋白质合成的解码中心的核糖体小亚基蛋白23(Ribosomal Protein S23,RPS23) 。该蛋白在翻译的解码中心,通过监测被翻译的 mRNA 上的密码子和氨酰 tRNA 上的反密码子之间的互补性来维持翻译的忠实性。在超嗜热古菌(hyperthermophilic Archaea)的核糖体中带有一种天然的“超忠实”突变——K60R(60号位的赖氨酸被精氨酸替换),该突变可以大大提高此类古菌翻译的忠实性,从而大大减少蛋白质合成中错误氨基酸的参入机会。
利用基因组编辑技术,研究人员将这种“超忠实”突变引入几种模式生物(酵母、线虫和果蝇)体内,结果发现,被引入突变的生物体内的蛋白质合成错误减少了,而且它们变得耐热,寿命也延长了。
对此,参与研究的Victoria Eugenia Martinez-Miguel 博士表示:“制造蛋白质的过程并非没有错误——核糖体会出错。我们第一次证明,改变核糖体解码中心的单个氨基酸可以减少蛋白质合成错误,并提高生物体的抗压能力和寿命。”
除了引入突变的核糖体,研究人员还发现一些获准用于人类使用的药物也可以减少蛋白质合成错误。有趣的是,这些药物包括雷帕霉素、托林和曲美替尼,也被称为抗衰老药物。它们会影响细胞感知营养的能力,因此当少量应用时,可以产生与卡路里限制类似的效果,这是一种已知的促进长寿的治疗方法。这项新研究表明,减少蛋白质合成错误可能是抗衰老药物作用的一种机制。
这是第一次对模式真核生物进行的研究,揭示减少蛋白质合成中的错误可以改善健康和延长寿命,让我们期待着科学家尽快将对酵母、线虫和果蝇的研究扩展到哺乳动物,从而开发出新的改善人类健康的有效方法。