分子生物學(xué)

Nature子刊：基因改造線粒體，使其利用陽光充電，從而延長壽命

2023-01-05分子生物學(xué)

線粒體（mitochondrion），是細(xì)胞的“能量工廠”，線粒體內(nèi)有一套獨(dú)立于細(xì)胞核的遺傳物質(zhì)——線粒體DNA（mtDNA）。由于線粒體在能量穩(wěn)態(tài)中的重要作用，因此，線粒體障礙會導(dǎo)致多種疾病發(fā)生，包括發(fā)育障礙、神經(jīng)肌肉疾病、代謝疾病、癌癥進(jìn)展等等。

此外，線粒體功能障礙在衰老過程中也發(fā)揮著重要作用，但其背后的具體機(jī)制仍不清楚。

近日，羅切斯特大學(xué)醫(yī)學(xué)中心、德國農(nóng)場動物生物學(xué)研究所、華盛頓大學(xué)、慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究人員合作，在 Nature 子刊 Nature Aging 上發(fā)表了題為：Optogenetic rejuvenation of mitochondrial membrane potential extends C. elegans lifespan 的研究論文。

該研究通過基因工程改造秀麗隱桿線蟲的線粒體，使其可以將光能轉(zhuǎn)化為細(xì)胞可利用的化學(xué)能，改善其年齡相關(guān)表型，并延長壽命約30%。這項研究闡明了衰老過程中的重要機(jī)制，并可能為與年齡有關(guān)的疾病帶來新的治療方法。

研究團(tuán)隊對秀麗隱桿線蟲的線粒體進(jìn)行了基因改造，使其攜帶了從真菌中獲得的光激活質(zhì)子泵，該團(tuán)隊于2020年發(fā)表在 EMBO Reports 期刊的論文中首次描述了這一成就【2】。

在這項最新研究中，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，當(dāng)暴露在光線下時，這種光激活質(zhì)子泵會讓帶電離子穿過線粒體膜，利用光的能量給線粒體充電。

線粒體被稱為細(xì)胞中的發(fā)電廠，線粒體燃燒碳源（主要是葡萄糖），為細(xì)胞產(chǎn)生能量。而這項研究所做的相當(dāng)于將太陽能電池板連接到火力發(fā)電廠基礎(chǔ)設(shè)施上。而太陽能電池板其實就是光遺傳工具。在這種改造后，線粒體就能夠額外利用光能產(chǎn)生ATP。

線粒體功能障礙是衰老的結(jié)果，這項研究發(fā)現(xiàn)，簡單地利用光能線粒體促進(jìn)新陳代謝就能讓秀麗隱桿線蟲活得更久、更健康。這些發(fā)現(xiàn)和新的研究工具將使我們能夠進(jìn)一步研究線粒體，并確定治療與年齡有關(guān)的疾病和更健康衰老的新方法。