研究发现垃圾DNA老化的线索

作者：张馨予

几十年来，人们认为超过60%的人类基因组是“垃圾DNA”，在人类发展过程中几乎没有作用。科罗拉多州立大学的最新研究正在挑战这一观念，以证明垃圾DNA毕竟可能很重要。

研究发现垃圾DNA老化的线索

一项于6月5日在Aging Cell中发表的新研究发现，一部分非编码遗传物质(称为重复元素转录本)可能是衰老过程的重要生物标志。

汤姆·拉罗卡(Tom LaRocca)是美国健康与运动科学系的助理教授，也是科罗拉多州立大学哥伦拜恩健康系统中心的老龄化研究人员，他领导了这项研究，研究了越来越多的证据，这些证据表明重复元素-转座子和其他序列在人类基因组中有多个拷贝-随着年龄的增长，它们可能会随着时间而活跃。

LaRocca，研究生Alyssa Cavalier和博士后研究员Devin Wahl着重研究了RNA转录物(RNA从重复元素的DNA转录而来的分子)，以测试它们是否随着年龄而增加。

拉罗卡说：“生物标志物的角度在这里很重要。” “从现在起的20到20年后，我们也许可以从医生办公室的人那里采集样本或进行某些测量，并对他们的生物学状况有所了解，以便我们知道如何最好地治疗他们并最大限度地提高他们的健康水平如果这些重复性元件RNA是衰老的生物标志，那么也许有一天您可以进行类似的测量，以观察您的重复性元件是如何表达的。它们是否过多?这是一个问题吗?”

定位RNA

为了进行这项研究，研究人员首先分析了一个现有的RNA测序数据集，该数据集是从1-94岁的健康人类受试者的皮肤细胞中收集的。就像1990年代的人类基因组计划寻求对人类DNA中的大约20,500个基因进行测序和作图一样，RNA测序可以提供所研究细胞中整个转录组的作图。通过所有的计算分析，研究人员发现，大多数主要重复类型元素的转录本在较老的受试者中均有所增加。

在第二波研究中，研究人员通过对生物库中皮肤细胞进行自己的实验室分析，验证了他们的最初发现。研究人员使用荧光显微镜对特定转座子Charlie5 的转录本进行标记，以观察其如何随着细胞的年龄而波动：在显微镜下标签越亮，可检测到的Charlie5转录本就越多。

如假设的那样，与较年轻的个体细胞相比，老年人的皮肤细胞显示出显着的Charlie5转录物积累，表明重复元件RNA似乎随着年龄的增长而积累。

尽管是一项重要的观察结果，但这项研究的重大成果是，重复的RNA转录本可能与生物学年龄或人细胞的健康状况相关联，而不是与按年龄顺序排列的年龄相关。

LaRocca说：“如果发现随衰老而逐渐变化的某些东西，那就不一定会很有趣，因为随着年龄的增长，许多事情都会增加或减少。您真正想要找到的是反映生物衰老的东西。” “例如，假设您是一个吸烟者，并且承受着很多慢性压力。那么，即使您只有45岁，您的生物学年龄(细胞的健康状况)实际上可能是60或65岁。我们认为重复的元素转录本可能是这一点的标志。”

链接到老化

为了研究生物学年龄，Cavalier进行了一项分析，将暴露于阳光下的皮肤细胞与未暴露于阳光下的皮肤细胞进行了比较。该理论认为，皮肤细胞暴露于紫外线的破坏性越大，该细胞在生物学上的年龄就越大。。与她的假设一致，Cavalier指出暴露在阳光下的细胞中重复元素RNA的含量较高。

通过研究患有过早衰老综合征的哈钦森-吉尔福德早衰综合症(HGPS)患者的皮肤细胞，以及研究the虫秀丽隐杆线虫的RNA测序数据集，进一步证实了重复元素转录物与生物学年龄之间的联系。

为什么重复的元素笔录会随着年龄的增长而增加?研究人员怀疑，染色质(细胞中DNA和蛋白质的复合物通常会抑制重复表达的元素)可能会被破坏，从而允许重复元素的转录。

总而言之，对于科学家过去常常忽略的一部分基因组，越来越多的证据表明，非编码RNA和重复元件在调节人类基因组的其余部分中起着至关重要的作用，在这种情况下，它们是潜在的衰老生物标志物。

“这是基因组中很大的一块，在最长的时间里，没人真正知道它做了什么，所以他们只是以为它是垃圾。但是我们发现越来越多的这些非编码区可能不仅正在做某事，但它们可能会对健康产生实际影响。” Cavalier说。

LaRocca的Healthspan Biology Lab的未来研究将比较经常锻炼的人和不了解锻炼的人的染色质结构，以了解锻炼如何影响重复元素水平。其他研究将研究使用药物抑制重复元件RNA转录的可能性。