Nov12细胞衰老分子机理研究进展.ppt
《Nov12细胞衰老分子机理研究进展.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《Nov12细胞衰老分子机理研究进展.ppt(88页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、1,生命科学永恒的主题,“衰老”老年病 百病之源。老年病 发病率 老年性痴呆(AD)65岁老人1/20 85岁以上老人 人一生中医疗费 2/3用于晚年?,健康、长寿,2000年(第五次)我国人口普查 65岁 老人=总人口10%约1.2亿65岁以上人口:714 法国需114年 中国需 27年(美国人口局,U.S.Census Bureau预测),2,因老而衰:预防老年病 造福个人与家庭 节约社会财富 解放生产力弄清衰老机理,可有的放矢,提出因应举措,提高延衰效能。,老年病种类繁多(老年性痴呆,帕金森病等神经退行性疾病,老年 糖尿病、骨质疏松、心、脑血管、呼吸等系统疾患,以及肿瘤)表现有别 发病各
2、异,3,发达国家近年意识到衰老与老年病的研究可望收益和回报,纷纷改变理念,从福利观点,转到经济视角,既看到社会需求,也看到无限商机,加强研究投入。仅仅美国国会批准2005年度美国立衰老研究所(老年医学基础研究为主),一个所的预算,达10亿5千万美元。,4,如今,全球生命科学研究最热的三个领域是:衰老、肥胖和癌症,衰老在其中独占鳌头。人类对衰老的探究几乎从封建社会建立以来,就有所记载,然而,真正进入科学研究衰老的范畴,还是近20年的事。现在,国内外科学家对衰老的研究主要集中在哪些方面?从哪些角度进行研究?科学家都取得了怎样的成就?生命世界衰老的科学研究策划案 03 30,2006 生命世界中国科
3、学院主管,中国科学院植物研究所、中国植物学会和高等教育出版社联合主办,5,人为什么会衰老?,6,统计资料表明:子女的寿命常与双亲的寿命有关;各种动物的最高寿限相当恒定。衰老进程由环境(外因)与遗传(内因)两大因素决定,7,1992年世界卫生组织 人的寿命决定因素 遗传因素 15%社会经济因素 10%医疗服务技术 8%气候因素 7%生活习惯、卫生行为、精神面貌、保健意识等 60%,?The results of human twin studies suggest that only 20-30%of the variation in survival to an age of about 85
4、 years is determined by genetics A.M.Herskind et al.,Hum Genet 97,319,1996,8,平均寿命主要与环境相关;物种最高寿限与遗传相关。不良环境可作用于遗传物质或其产物 影响衰老进程。段建明等(Duan JM,et al.)Intl J Biochem Cell Biol 37(2005)14071420(基因对寿命的影响),线虫(C.elegans)研究首次严格证明:单基因突变即可影响寿命。clk 基因与daf-2基因双突变,线虫寿命延长5倍。基因对衰老进程的主导性,9,人类“长寿基因的探索 Puca,AA(Childrens
5、 Hosp)与Perls,Thomas(Boston Univ)等(Proc.Natl.Acad.Sci.USA,2001)报道:分析137组(308人)长寿同胞,百岁老人血样发现:四号染色体 D4S1564(D代表DNA,D后的数字表示染色体号,s代表节段segment,s后的数字表示微卫星在染色体上的编号)位点与众不同,可能含有“长寿基因”。Perls:一年以后见分晓?,10,Sebastiani P,et al.Genetic Signatures of Exceptional Longevity in Humans.老寿星的遗传特征 Science 2010 Jul 21.Epub10
6、55(centenarians):1267(controls)分析结果:建立了以150 SNPs(single-nucleotide polymorphisms)为基础的 分类模型。该模型用于另一组(百岁老人及其对照):正确率 77%。芯片分析显示:按差异SNP(或遗传特征)不同组合,可将90%的百岁老人分成19个群体。一种组合可能与某一老年病(e.g.,dementia,hypertension,and cardiovascular disease)易感性有关,或可由此将健康老人的表型分成不同亚型。新英格兰百岁老人研究中心(New England Centenarian Study),11,
7、老年医学基础是人口老龄化需求的前沿学科 进行人类的衰老实验性研究,耗时费力,困难重重。用动物实验研究衰老,由于人与动物差别大,实验结果,只能借鉴,不能 照搬。与细胞模型相互配合,可补动物实验之不足。,衰老的实验性研究成果累累,12,细胞 生物的基本构成单位细胞衰老 老年病发病的共同基础 人成纤维细胞(人胚细胞可传60-70代,50岁成人细胞只能传1020代)在体外培养可传代数,与供体年龄有关。供体年龄越大,传代越少。细胞衰老是个体衰老的微观模型,可部分体现个体衰老。理想状态:人类细胞衰老模型与动物实验相辅相成 细胞衰老模型有非整体性与非生理性的局限性。如与动物整体实验相配合,可取长补短,相辅相
8、成。,13,细胞衰老(Cell Senescence)生物衰老的基本单位 老年病发病的共同基础,细胞衰老老年退行性变功能衰退 增殖能力下降细胞数减少脏器萎缩 细胞衰老是造成个体衰老的主要原因之一。,14,体外培养人类细胞衰老模型在研究人类衰老方面,具有不可取代的优点:无模式动物存在种族差异的缺点无人体实验取材难,操作难,周期长等缺点M.Kuro-o(Texas大学)“Cell senescence has been suggested to be directly related to senescence of living organism,including humans.”Cellul
9、ar&Molecular Life Sciences 57(2000):695-697,15,衰老机制复杂,单一的衰老相关指标难以准 确、特异地评估衰老程度。,组建一套定量的细胞衰老生物学年龄指征,准确定量细胞衰老程度,可,1、研究各种因素对衰老进程的影响2、检验药物抗衰作用,为中药现代化提供技术 支撑。,细胞衰老程度如何评估?,16,分子水平 细胞衰老指征 端粒长度 细胞体外增殖能力 晚期糖基化终末产物 衰老相关-半乳糖苷酶活性 DNA损伤修复能力 DNA甲基化程度 线粒体DNA片段缺失,17,我国端粒与人类细胞衰老相关性的研究,端粒长度:人类体细胞的计时器。每增加1代龄,端粒长度减少约49
10、 bp。,中国人外周血淋巴细胞的端粒长度每年平均缩短35 bp。(张宗玉等,生物化学杂志,1995),Southern blots,Telomere lengths,+,细胞越老,端粒越短,电泳时跑得越快,18,人胚成纤维细胞体外培养代龄与细胞增殖速度的关系,细胞的体外增殖能力 广泛应用于衰老研究。,Growth curves MTT assay,19,人胚肺二倍体成纤维细胞(绿色者为衰老细胞),衰老相关半乳糖苷酶活性,衰老细胞,年轻细胞,SA-gal staining,20,DNA损伤修复能力 随增龄而下降,损伤前 损 伤 修 复,年轻细胞,衰老细胞,损伤前 损 伤 修 复,comet as
11、say彗星试验(单细胞凝胶电泳),尾长(m);尾面积/总面积(%)尾越长,%越高,损伤越重,21,晚期糖基化终末产物 蛋白质糖基化与大分子交联,逐渐脱水,形成的一种具有黄棕色荧光的产物。,Determination of AGE(Advanced Glycation End product),22,从分子水平组建一套 为国际所承认的 细胞衰老生物学指征。,我室在国外刊物的部分相关论文:Duan JM,Int J Biochem Cell Biol,2005,37:1407-1420Zheng WJ,et al.J Biol Chem 2004,279:31524-31532Guo SZ,et
12、al.Exp Cell Res 2004,298:465-472 Huang Y,et al.J Cell Physiol,2004,201:483-491.Zhang XW,et al.Oncogene 2003,22:2405-2416 Wang PC,et al.Mech Age Dev 2003,124:1025-1034 Duan JM,et al.J Biol Chem 2001 276:48325-48331.Li JH,et al.Mech Age Dev 1995,80:25-34.Tang ZQ,et al.Mech Age Dev 1994,73:57-67.,基因水平
13、细胞衰老指征?,23,1.5%1.0%0.5%-0.5%-1.0%-1.5%,2.0倍 2.5倍 3.0倍,用cDNA芯片检测人二倍体成纤维细胞衰老基因表达谱的变化,HGEC-40S:含4096条人类基因,衰老表达差异较大的基因有117种。,24,细胞衰老的基因表达谱研究 衰老细胞与年轻细胞基因(4096条)芯片杂交信号强度散点图,-2-巨球蛋白,在4096条人类基因的cDNA微阵列表达谱中发现年轻和衰老细胞中表达变化在5倍以上的基因有6种。,其中-2-巨球蛋白基因不仅在衰老的成纤维细胞表达明显增高,在年轻细胞中的表达水平亦较其它5种基因高,易检出,易定量。,青,老,25,衰老过程中基因表达谱
14、的变化4096种中表达变化幅度2.5倍的基因46种。下调的基因:参与细胞周期的基因等。上调的基因:细胞外基质有关基因等。挑选表达变化大的基因,以RT-PCR技术对其再检测。,26,衰老时表达下降的4种基因,27,衰老时表达增强的5种基因,优选,28,衰老过程中-2-巨球蛋白、p16Ink 4a和p21Waf1基因表达与代龄关系,-2-巨球蛋白,p16Ink4a,p21Waf1,将-2-巨球蛋白,与众所公认的细胞衰老时表达增强的基因p16Ink4a及p21Waf1相比较,从中选出最适合作为衰老标志物的基因,29,Northern blot 检测2BS细胞衰老过程中-2-巨球蛋白(alpha-2-
15、macroglobulin,2M)的基因表达情况,GAPDH2M,代龄 28 42 52 62,细胞衰老标志基因的选定,30,结论:-2-巨球蛋白基因表达,与体外培养倍增次数线性关系良好,易检出,易定量是一项很好的衰老生物学标志,并有望用于检测整体水平或组织细胞的衰老。马 宏等(Ma H,et al)Exp Gerontol 2004,31,衰老细胞核出现“衰老相关异染色质聚集位点”(senescence-associated heterochromatic foci,SAHF)染色质在核中的分布,呈点状聚集而非均一分布 李 倩 等:SAHF细胞衰老生物学新标志。生物化学与生物物理进展 200
16、7,34:1123-1128.,32,1寻找影响细胞衰老的新基因 发现:延缓衰老的CSIG与RDL 证明:导入CSIG或RDL基因可延长细胞寿命。2研究各种因素(如氧自由基)对衰老进程的影响 3用于研究已知基因对细胞衰老的影响 发现:已知基因TOM1可加速衰老,抑制可延长细胞寿命 证明:基因导入可影响细胞衰老,可加速,也可延缓。4检验药物抗衰作用,为中药现代化提供技术支撑,细胞衰老指征的应用,33,为验证我室建立的衰老指标评价体系,评估抗衰新药,我们研究了黄芪碱HDTIC的抗衰作用。,检验药物抗衰作用,为中药现代化提供技术支撑,能否确定被试物的 延衰作用?能否比较被试物延衰作用的细微差别?,3
17、4,黄芪碱 同分异构体,以公认有延缓衰老作用的肌肽(carnosine)为阳性对照,以上述生物学指征进行定量比较。,成果应用,结构差异,(黄芪碱1)(黄芪碱2),(A)HDTIC-1,(B)HDTIC-2,35,黄芪碱的抗衰效应强于肌肽(carnosine),黄芪碱(HDTIC)可延长细胞寿命20代(CPDs),成果应用,(黄芪碱1)(黄芪碱2),36,黄芪碱可减慢端粒(Kb数)缩短速度,成果应用,37,阳性(绿色)率随代龄的增加而增加,黄芪碱可降低衰老相关半乳糖苷酶活性,(28代),(55代),1.0M黄芪碱-2(56代),成果应用,0.1M黄芪碱-1(58代),38,DNA损伤修复能力 随
18、增龄下降,损 伤 修 复,损 伤 修 复,修复良好,修复不良,黄芪碱可提高DNA损伤修复能力,成果应用,衰老细胞,年轻细胞,尾长(m)面积/总面积(%)对照 122.426.21 92.123.250.1M黄芪碱-1 80.575.44 70.827.511.0M黄芪碱-2 81.839.37 73.146.34,尾越长,%越高,损伤越重,39,黄芪碱的抗衰效应强于肌肽(carnosine)黄芪碱1的抗衰效应强于黄芪碱2,黄芪碱(HDTIC)可减少晚期糖基化终末产物(AGEs),(代龄),(黄芪碱1)(黄芪碱2),王培昌等(Wang PC,et al)Mech Age Dev 2003 Chi
19、n Med J 2008 DNA Cell Biol 2010,成果应用,40,人类细胞衰老相关基因的研究,41,细胞衰老基因通路,Rb p21Cip1 p27Kip1,p16INK4a p53 PTEN,细 胞 衰 老,42,人类细胞衰老相关基因研究,p16Ink4a,43,Kiyone 等(1998)认为:p16活性与端粒长度是决定人类细胞复制性衰老的关键。p16为何能影响细胞衰老?我研究室工作:p16是如何影响端粒长度与衰老进程的?是否影响了端粒酶的活性?,抑制p16表达,可使 细胞寿命(60余代 80余代)端粒缩短减慢 结论:基因干预可影响细胞衰老进程,44,端粒平均长度(kb),年轻
20、 8.34,抑制 8.18,增强 7.12,衰老 6.78,抑制 p16,端粒缩短减慢,增强 p16,端粒缩短加快,是否影响了端粒酶的活性?,45,抑制 p16,并未活化端粒酶,46,抑制 p16,DNA修复能力增强,抑制 p16,DNA修复能力增强,47,抑制p16,延缓细胞衰老的可能机制 p16减少 细胞周期 蛋白激酶(CDK4)活性高 Rb被磷酸化,失去活性 转录因子E2F活性高多种生命必需基因能表达 维持细胞增殖速度,维持DNA损伤修复能力 端粒缩短较慢,延缓细胞衰老,(需证明Rb是否磷酸化!),48,段建明等(Duan JM,et al.),J.Biol.Chem.2001,West
21、ern blot,抑制 p16 年轻 对照 中年 衰老,49,p16 影响细胞衰老机制 抑制p16表达 CDK4活性 Rb蛋白(磷酸化)活性 E2F活性保持多种生命必需基因表达 DNA修复能力维持端粒缩短较慢(与端粒酶活性无关)延缓衰老,细胞寿命 增强p16基因表达 Rb 保持活力,DNA修复能力 端粒缩短加快,衰老,细胞寿命,50,结论:p16基因是细胞衰老遗传控制程序中的主要环节,可影响DNA损伤修复能力与端粒长度。它调节Rb蛋白的活性而起作用。(-2-巨球蛋白基因无此作用),51,衰老相关基因p21可通过转录因子Sp1促进p16INK4a的表达,薛丽香等(Xue LX,et al.)FE
22、BS Lett 2004,564:199-204,衰老相关基因 p21,p16高表达(细胞衰老),转录因子Sp1,衰老相关基因存在着相互影响,细胞衰老相关基因p21,52,入选“2002年中国十大科技进展”,53,Cawthon R.M等(2003)端粒长短与人的寿命有关,发现血细胞端粒短的人寿命短。心脏病病死率是端粒长的人3.18倍,传染病病死率是端粒长的人8.54倍。Nakashima H等(2004)发现:人血白细胞端粒长度与心血管内皮损伤,动脉粥样硬化的关系密切。Demerath EW等(2004)报道:端粒短与老年糖尿病,创伤愈合慢,免疫功能下降,易生肿瘤有关。,端粒长度与老年病易感
23、性有关?,细胞衰老不能替代整体衰老,但与整体衰老有关,与老年常见多发病有关。,细胞衰老与整体衰老有关,54,老年人群的p16基因多态性与体能(Physical function)显著相关。Melzer,D;Frayling,TM;Murray,A,et al.(英、意、美)A common variant of the p16(INK4a)genetic region is associated with physical function in older people Mech Ageing Dev 128(5-6):370-377,2007 938(aged 65-80 years)例英
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- Nov12 细胞 衰老 分子 机理 研究进展
链接地址:https://www.31ppt.com/p-4618612.html