由薩爾大學(xué)的生物信息學(xué)專(zhuān)家Andreas Keller和Fabian Kern以及斯坦福大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在分子水平上對(duì)衰老的表現(xiàn)有了新的見(jiàn)解。他們發(fā)現(xiàn)，閱讀遺傳信息的過(guò)程在老年人中并不像在年輕人中那樣順利。

轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的這些變化是由于特定的RNA分子影響單個(gè)基因的活性，從而決定身體產(chǎn)生哪些蛋白質(zhì) - 生理改變可能對(duì)身體的新陳代謝產(chǎn)生巨大影響。他們的研究現(xiàn)已發(fā)表在《自然生物技術(shù)》雜志上。

我們的器官如何以及為什么會(huì)衰老?為了幫助回答這個(gè)問(wèn)題，來(lái)自薩爾布呂肯和斯坦福大學(xué)的一組研究人員一直在研究導(dǎo)致衰老的部分分子機(jī)制。由薩爾布呂肯大學(xué)臨床生物信息學(xué)教授Andreas Keller領(lǐng)導(dǎo)的研究小組檢查了小鼠整個(gè)生命周期中的器官，發(fā)現(xiàn)器官中表達(dá)的小非編碼RNA(sncRNA)的數(shù)量根據(jù)小鼠的年齡而顯著不同。

“我們已經(jīng)確定了許多RNA分子，其豐度隨著年齡的增長(zhǎng)而增加，以及那些存在顯著下降的RNA分子，”Andreas Keller說(shuō)，他也是薩爾亥姆霍茲藥物研究所臨床生物信息學(xué)系研究小組的負(fù)責(zé)人(HIPS)。HIPS是位于不倫瑞克的亥姆霍茲感染研究中心(HZI)的一個(gè)分支機(jī)構(gòu)，與薩爾大學(xué)聯(lián)合運(yùn)營(yíng)。

一些sncRNA專(zhuān)門(mén)調(diào)節(jié)信使RNA分子(mRNA)的數(shù)量。這些mRNA分子將基因組(DNA)中編碼的遺傳指令傳遞給細(xì)胞的蛋白質(zhì)制造機(jī)器。它們基本上復(fù)制細(xì)胞中的DNA片段 - 這一過(guò)程稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄。因此，mRNA編碼用于產(chǎn)生單個(gè)蛋白質(zhì)的化學(xué)藍(lán)圖，而這些蛋白質(zhì)反過(guò)來(lái)控制身體的大部分代謝過(guò)程。

“如果你將生物體的DNA與包含所有蛋白質(zhì)配方的食譜進(jìn)行比較，mRNA會(huì)復(fù)制單個(gè)食譜，然后從中創(chuàng)建相應(yīng)的菜肴(蛋白質(zhì))，”生物技術(shù)專(zhuān)家Viktoria Wagner解釋說(shuō)。但是，如果mRNA分子被其他RNA阻斷，翻譯過(guò)程就會(huì)受到抑制，結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生更多的蛋白質(zhì)。

“如果蛋白質(zhì)的產(chǎn)生受到抑制，這會(huì)影響細(xì)胞和器官的新陳代謝，最終也會(huì)影響整個(gè)生物體的衰老過(guò)程，”瓦格納解釋說(shuō)。

薩爾布呂肯研究小組已經(jīng)能夠描述與衰老相關(guān)的分子特征和模式。其中一些分子特征具有一般性質(zhì)，即它們?cè)谒芯康拿總€(gè)器官中被鑒定出來(lái)，其他分子特征被發(fā)現(xiàn)對(duì)單個(gè)器官具有特異性。

“一種特殊的分子在肝臟中顯示出非常強(qiáng)烈的影響，”Andreas Keller教授說(shuō)，他與他在薩爾布呂肯的團(tuán)隊(duì)一起使用生物信息學(xué)軟件來(lái)分析產(chǎn)生的大量測(cè)序數(shù)據(jù)。“進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明了一個(gè)令人驚訝的結(jié)果，即所涉及的一些機(jī)制是可逆的 - 至少在分子水平上是可逆的。

在未來(lái)的研究中，生物信息學(xué)家計(jì)劃更仔細(xì)地檢查RNA分子，并希望它們可以用來(lái)開(kāi)發(fā)某些器官的衰老標(biāo)志物。“通過(guò)開(kāi)發(fā)這種生物標(biāo)志物，我們希望能夠通過(guò)篩查他們的血液來(lái)觀察個(gè)體的衰老過(guò)程，”凱勒說(shuō)。這可能是一個(gè)特別有趣的發(fā)展，因?yàn)樗ダ线^(guò)程仍然是許多最常見(jiàn)疾病的主要原因之一。

潛在地，這可能會(huì)在生物醫(yī)學(xué)中開(kāi)辟許多其他機(jī)會(huì)。“我們知道傳染病有時(shí)會(huì)使我們的細(xì)胞承受巨大的壓力，這會(huì)加速它們的衰老，”HIPS初級(jí)研究小組負(fù)責(zé)人Fabian Kern說(shuō)。

擁有生物信息學(xué)博士學(xué)位的Kern在開(kāi)發(fā)研究中使用的軟件工具方面發(fā)揮了重要作用，并解釋了當(dāng)前研究的重要性：“使用最新的機(jī)器學(xué)習(xí)方法和技術(shù)，我們可以精確地對(duì)不同的分子信號(hào)通路進(jìn)行分類(lèi)。從獲得的知識(shí)中，我們希望獲得開(kāi)發(fā)創(chuàng)新藥物產(chǎn)品的新方法，因此我們已經(jīng)處于藥物發(fā)現(xiàn)過(guò)程的早期階段。雖然常規(guī)藥物在蛋白質(zhì)水平上起作用，但我們的方法將涉及信使RNA水平的靶向變化。