為什麼我們會老?切絲蛋白-1把老化細胞變大了
為什麼我們會老?繼發現長壽基因後,陽明交大再發現細胞衰老的基因與分子機轉,讓延緩老化有更多的想像。
細胞老化是一個不可逆的過程。一個細胞老化在生物學上的特徵是染色體端粒結構逐漸耗損、細胞增生速率逐漸下將,以及細胞型態逐漸扁平擴大。這些老化的細胞老而不死,繼續留在生命體內,讓我們逐漸老化甚至凋零。肉眼可以看到變老的過程,但造成細胞衰老背後是不是有什麼分子機制?也就是說,細胞到底發生什麼事情讓它開始老化。
型態改變是細胞老化最直觀的特徵之一。由於肌動蛋白是構成細胞骨架的元素,由陽明交大、台北馬偕醫院、美國羅徹斯特大學及紐約市愛因斯坦醫學院組成的研究團隊,比較人體與動物的年輕與老化細胞發現,老化細胞比年輕細胞有更多的應力纖維,細胞形態也比較大。研究團隊接著從17個形成細胞骨架的肌動蛋白中,發現磷酸化後的切絲蛋白-1(cofilin-1),影響細胞內肌動蛋白的聚合與解聚速率,最終造成老化細胞的形狀擴張現象。
這項發現在利用基因剪輯技術剔除切絲蛋白-1後,可減少老化細胞的型態變化而獲得證實。調控切絲蛋白-1通常伴隨著p53、p16INK4、p27kip1基因表現,過去普遍認為p53與p16INK4與老化有關,但這項研究證實切絲蛋白-1其實是調控著p27kip1,延緩了細胞生長週期的停滯。
參與這項研究的陽明交大生物醫學影像暨放射科學系教授李易展表示,切絲蛋白-1在哺乳動物細胞中很常見,在動物模型中我們觀察到切絲蛋白-1調控p27kip1在腦、肺、肝、腎的訊息傳導路徑,當切絲蛋白-1被抑制時不僅減少細胞型態改變,也減緩p27kip1引發的衰老細胞週期停滯現象。
李易展說,除了自發性老化,切絲蛋白-1也可在一些氧化壓力或是致癌基因誘發的的老化細胞中被偵測到。事實上切絲蛋白-1在老化細胞中,一直被認為與疾病有關,包括阿茲海默症等相關神經系統的疾病,我們先前也與長庚大學及台大醫院新竹分院腎臟科合作發現,在休克及急性腎臟傷害的病患者的尿液中就可以檢測到切絲蛋白-1。而末期的腫瘤細胞也會有比較高表現量的切絲蛋白。切絲蛋白如何同時影響老化與癌化的拮抗機制可能是一有趣的議題,也需要更多的研究探討來釐清。
如果抑制切絲蛋白-1,是不是就可以讓細胞回春,讓生命返老還童?目前的研究結果是可以短暫恢復細胞生長速率及降低老化相關標記,但過度抑制該蛋白仍會使細胞生長停滯。因為年輕細胞也有基礎的表現量,因此預期是能使老化細胞的切絲蛋白降低到正常細胞的量即可。
這項研究已發表在《Aging Cell》。基於該研究結果,我們也用於中草藥萃取物的篩選,發現確實有部分藥物可抑制老化細胞與小鼠組織切絲蛋白的量並降低老化標記表現。這部分結果也發表於《Scientific Reports》並已取得中華民國專利,也正申請美國,日本‧及中國大陸專利中。
組蛋白磷酸化 在 Facebook 的精選貼文
#T2DM治療藥物對心肌代謝的影響 (1)
SGLT-2i和 GLP-1 RA在2型糖尿病患者中產生積極心血管保護作用的機制仍有待確定。這些抗糖尿病藥物之有益心臟作用可能是因改變心肌代謝所引導的。常見的代謝異常,包括代謝(胰島素阻抗)症候群和T2DM,與心肌基質利用率和能量傳遞的改變有關,而導致易患心臟病。因此,衰竭的心臟的特徵在於基質之糖分解和酮氧化的轉變,產生更多高能量,以合乎衰竭的心肌需求。
重點摘要:
#心臟代謝的生物工程學顯示一種改善心功能並減慢心肌疾病進展的新策略。
#SGLT-2 i,GLP-1 RA對心肌代謝的改變可以減少T2DM病患的CV事件。
#將來的試驗中應研究改變燃料利用途徑對HF患者的潛在益處。
心血管疾病(CVD)是西方世界的主要死亡原因。儘管在過去40年中,美國的年齡標準化心臟病死亡率降低了近70%,但預計到2030年,心衰竭(HF)的患病率將顯著增加46%。
人的心臟每單位質量的氧氣需求量最高(4.3 mmol / kg·min),並且依賴於三磷酸腺苷(ATP)的持續供應來維持幫浦功能。通過專門的線粒體系統可以維持運作。在禁食的條件下,游離脂肪酸(FFA)是被心肌氧化生成ATP的主要燃料。這些基底質FFA的粹取使用,糖分解與葡萄糖氧化,不只是心肌細胞重編程(reprogramming)的生化指標,左心室重塑,也代表了左心室收縮或舒張功能異常的病生理機轉。
參與興奮-收縮作用的蛋白質(包括肌球蛋白ATPase,肌漿/內質網Ca 2+ ATPase和Na +/K + ATPase)的合成和作用是心臟的主要能量消耗者。為了維持其收縮功能,心臟已經發展出一種專門的能量系統,可以產生大量的ATP,而與生理狀態無關。
在成年心臟中,線粒體佔據了心肌細胞體積的三分之一以上,反映出高的心肌氧化能力。在正常氧條件下,心臟ATP產生的95%以上來自線粒體內膜的氧化磷酸化,其餘5%來自糖分解和檸檬酸循環。ATP的磷酸鍵通過肌酸激酶(CK)系統轉移到磷酸肌酸(PCr),後者將這種能量傳遞給位於收縮蛋白附近的胞質ADP。PCr是完整心肌的主要能量儲備,通過CK反應產生的ATP比通過氧化磷酸化產生的ATP快10倍。如果不持續快速產生新的ATP分子,則心肌ATP池將在10秒內消耗掉。
#脂肪酸是心臟的主要基質
在出生時,心臟經歷了劇烈的線粒體生物發生(biogenesis),這導致心臟對葡萄糖的依賴性下降,長鏈FA成為心肌的主要基質。過氧化物酶體增殖物激活的受體-γcoactivator-1(PCG-1)α和PGC-1β是這種線粒體生物反應所必需的。在成年心臟中,FAs的氧化構成了ATP的主要來源。儘管用於產生ATP的能量基質效率較低,但FAs的燃燒每2個碳部分釋放的能量比其他基質更多。
心肌FA攝取主要由血漿FFA濃度驅動,但也由轉運蛋白的驅動,即脂肪酸轉位酶CD36和質膜脂肪酸結合蛋白(FABP pm)。在健康的正常葡萄糖耐量受試者中,超過80%的提取的脂肪酰基輔酶A會經歷快速氧化,並且只有少量的脂肪酰基輔酶A被存儲為Triglyceride。Fatty acyl-CoA 通過線粒體carnitine system運輸到線粒體中,其中carnitine palmitoyltransferase-I (CPT-I)催化通過β-氧化途徑,是控制通量的限速步驟。malonylCoA導致FA氧化速率降低。
#葡萄糖代謝與壓力下的心臟
心肌葡萄糖的吸收是由跨質膜的葡萄糖梯度(Gradient)和質膜中葡萄糖轉運蛋白驅動。胰島素,運動和局部缺血會刺激該過程,FAs會抑制這一過程。一旦進入心肌細胞,葡萄糖就會進行糖分解,從而產生2個丙酮酸(pyruvate),2個ATP和2個NADH分子。糖分解的限速酶是磷酸果糖激酶-1 (phosphofructokinase-1),可被ATP,檸檬酸和降低的組織pH抑制。相反,通過運動和局部缺血激活AMPK (adenosine monophosphate-activated protein kinase) 可以通過激活phosphofructokinase-2,產生果糖2,6-雙磷酸酯 (fructose2,6-bisphosphate) 來刺激糖分解通量。
於缺氧或增加工作情況下,或富含碳水化合物的膳食後,正常的心臟移從脂肪吸取移向碳水化合物利用。這種應激誘導的基質轉移是因為通過糖分解(以及丙酮酸轉化為乳酸)產生的ATP不需要氧氣。此外,1個葡萄糖分子的氧化產生31個ATP分子並消耗12個氧原子(磷/氧[P/O]比為2.58),而1個棕櫚酸酯分子(palmitate molecule)的完全氧化產生105個ATP分子並消耗46個氧原子(P/O比為2.33)。因此,從脂肪完全轉變為碳水化合物的氧化將使心肌的氧氣利用率提高12%至14%,這對於處於壓力下的心臟是有益的。對於生理和病理激發效應,使心肌轉向葡萄糖的利用,其影響因素,包括缺氧誘導因子-1 (hypoxia-inducible factor-1) 的激活和PPARα-PGC-1α軸信號的下調。當心肌缺血時,這種從脂肪轉為為葡萄糖氧化的轉變,對心臟具有重要的臨床意義。糖尿病的心臟有顯箸的胰島素阻抗,缺氧時易遭受心肌損傷。
深入閱讀~~
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資料來源:
J Am Coll Cardiol 2021, 77(16) 2022-2039
組蛋白磷酸化 在 中央研究院 Academia Sinica Facebook 的最讚貼文
#胰臟癌👫 #標靶治療🎯 開發 #抗癌藥物 15年磨一劍 想想那台 #小挖土機🚢 ⛏
胰臟癌是相當棘手的癌症,確診時,患者的腫瘤細胞通常已經轉移,增加治療難度...
當年 #臺大醫院 醫師與本院 #李文華 院士分享臨床治療心得時,李院士意識到:若能結合臨床經驗與科學研究,有助於解決這個攸關全人類健康的重大問題,挽救更多生命!
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在李文華院士帶領下,由本院 #基因體研究中心、中國醫藥大學新藥開發中心組成的跨機構研究團隊,歷經多年研究,於今(2021)年宣布👉破解胰臟癌細胞的訊息傳遞機制,並且合成出 #多胜肽分子,可以 #阻斷致癌訊號傳遞,#抑制癌細胞的生長與轉移。
🎯實驗顯示能有效延長胰臟癌小鼠的壽命,而且不會影響正常的免疫反應。研究成果已發表在國際期刊《科學轉譯醫學》(Science Translational Medicine)
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💥原來,在胰臟癌細胞表面大量出現的受體(存在於細胞膜上的蛋白質分子)「IL-17RB」,容易兩兩結合,形成同質雙聚體,遇到配體IL-17B後,就會召喚激酶「MLK4」,催化蛋白質磷酸化,有如按下開關般,啟動後續一連串致癌訊號🔔 🔔 🔔
為了阻斷癌化訊號傳遞🔕🔕🔕,研究團隊設計出多胜肽分子,它是一組胺基酸序列,可在細胞內特定位置取代激酶MLK4,阻止激酶與受體交互作用。相較於團隊2015年研發出的抗體藥物,治療更為精準,而且不影響患者免疫力。
目前團隊致力研發效果更穩定的 #小分子藥物,以利胰臟癌患者進行 #標靶治療。
🔴新聞稿:https://reurl.cc/v5oAoo
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Pancreatic cancer is known to be vicious, pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is the type that accounts for 95% of pancreatic cancer and so far it is still incurable. An added fact makes PDAC doomed lies in its tendency to have metastasis, meaning cancer cells have already spread to other organs, when diagnosed.
In this study, “The results not only establish a clear pathway of how proximal signaling of IL-17RB occurs, but also provides insight into how this pathway is clinically significant in many pancreatic cancers.”, commented Dr. Chun-Mei Hu.
🔴Press Release:https://reurl.cc/dV9A8g
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研究團隊成員:中央研究院李文華院士、胡春美助研究員和沈家寧副研究員;中國醫藥大學吳恒祥助理教授;臺大醫院田郁文醫師、張毓廷醫師、章明珠醫師和鄭永銘醫師。👏👏👏
Team members are from Academia Sinica (Dr. Wen-Hwa Lee, Dr. Chun-Mei Hu and Dr. Chia-Ning Shen), China Medical University (Dr. Heng-Hsiung Wu) and National Taiwan University physicians (Dr. Yu-Wen Tien, Dr. Yu-Ting Chang, Dr. Ming-Chu Chang and Dr. Yung-Ming Jeng.👏👏👏
#研究團隊十五年青春 #迎戰癌中之王 #存活率最低的癌症
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