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在动物生命的早期分支中发现sirtuin长寿蛋白

生命之树早期枝条上的动物,如水母和海绵,无视通常的衰老习惯。有些表现出再生受损或缺失组织、停止或逆转衰老的能力,并且在至少一种水母物种的情况下,表现出一种“不朽”的形式。加利福尼亚大学戴维斯分校和哈佛医学院的研究人员进行的一项新研究详细研究了一组称为sirtuins的蛋白质,这些蛋白质与这些动物和动物王国其他动物的细胞损伤和衰老有关。这项工作于9月6日发表在MolecularBiologyandEvolution上。

加州大学戴维斯文理学院地球与行星科学系助理教授大卫·戈尔德;哈佛医学院的DavidSinclair着手重建sirtuins的进化,特别关注生命早期分支上未被充分研究的动物。

“最大的收获是,在动物进化的早期,sirtuins就存在辐射,随着时间的推移会有大量损失。如果你只看模式生物(即酵母、蛔虫、果蝇、哺乳动物),它看起来好像数量随着进化时间的推移,sirtuins的数量有所增加。但我们描述了多种以前未被识别的sirtuins,它们主要存在于水母、海葵和海绵等早期分支动物中,”Gold说。

辛克莱的实验室最初帮助发现了sirtuin与酵母衰老之间的联系,以及sirtuin蛋白与哺乳动物寿命之间的联系。

“我的专长之一是重建基因家族在很长一段时间内的进化。所以我建议我们检查早期动物中sirtuin的分布,看看sirtuin拷贝与其不同寻常的寿命之间是否存在任何相关性,”Gold说。

已在6,000多种生物中鉴定出超过15,000种sirtuin蛋白。Sirtuins参与烟酰胺腺苷二核苷酸或NAD的代谢,NAD在细胞内的能量代谢、DNA修复和其他重要过程中起核心作用。Sirtuins和NAD参与两条主要途径,每条途径都涉及不同的蛋白质NAMPT或PNC1。NAMPT通路存在于哺乳动物和细菌中,而PNC1存在于果蝇、酵母和蛔虫中。除此之外,大多数真核生物都有多个版本的sirtuin。

Sirtuins出现在进化的早期

因为它们是如此重要,sirtuins、NAMPT和PNC1一定在生命进化的早期就出现了。但从那时起,他们在生命的不同分支中经历了许多变化和变化。

Gold和Sinclair在公共数据库中搜索来自不同动物的sirtuin型蛋白质,并将它们组装到进化树上。他们专注于早期的分枝动物门:Porifera(海绵)、Ctenophora(梳状果冻)、Placozoa(变形虫类动物)和刺胞动物(海葵、珊瑚、水母和水螅)。

研究人员发现了多种新的sirtuin,主要存在于早期的分枝动物中。他们发现,所有动物的最后一个共同祖先至少有九个sirtuins。从那个遥远的时代开始,就出现了一种复杂的得失模式。新的sirtuin基因由旧基因的重复形成。一些蛋白质家族在一个动物谱系中消失了,但在其他动物中保留至今。

第一批动物同时具有NAMPT和PNC1基因,但这些基因一再从谱系中消失。戈尔德说,对于现代动物群体为什么会丢失或保留,或者为什么它有一些sirtuin蛋白家族而没有其他家族,似乎没有任何明确的模式。他说,任何一个特定的sirtuin家族与长寿之间似乎也没有直接联系。然而,在早期分支动物中发现额外的sirtuin基因是令人兴奋的,并且可能在它们的长寿和独特的生活史策略中发挥关键作用。

“我们还不知道sirtuin基因的这些额外拷贝与早期分支动物的不寻常生活史之间有什么联系。这是下一步,”戈尔德说。

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