氨基酸对秀丽隐杆线虫寿命的影响及分子机制的初步研究

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延年益寿是人类古往今来的共同夙愿,而延长寿命与减缓衰老也逐渐成为当今生命科学研究领域的热点课题之一。寿命的调控机制较为复杂,由基因遗传和外界环境两者共同作用,其中基因具有决定性的作用,但其作用机理尚未明确。本课题以秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans,C.elegans)作为模式生物,通过氨基酸对其寿命及表型特征的影响,致力于从基因方面为切入点探究其寿命调控分子机理,最终可以通过控制饮食减缓甚至逆转衰老进程而延长寿命。本文通过文献查阅和相关信息收集,对已明确报道与线虫寿命关系密切的基因进行归纳总结,运用生物信息学数据库及KGML软件成功构建线虫寿命局部基因网络,该网络将寿命相关基因、小分子化合物以及代谢模块通过相应生物途径紧密相连。该基因网络打破了之前通过致使单个基因突变进而调控寿命的研究模式,清晰的展现了基因之间的相互作用,小分子对基因表达的影响及对应代谢通路的调控作用,为从一个全新的角度探寻寿命调控分子机理提供了较为可靠的技术平台。通过对线虫喂食3种不同浓度梯度(0.1×、1×和10×)的21种氨基酸小分子,观察对其寿命的影响,筛选出16种组合对线虫寿命具有显著影响效果。以此为基础进行2次平行实验及生理特征观察,发现10Cys、10Asn、10Thr、10Asp、1Tyr和1Met不仅可以影响线虫寿命而且实验重现性极好,其中10Cys显著影响线虫的生理特征,不仅可以提高活性而且喂食该种氨基酸的线虫身体非常瘦小。经过综合考量确定10Cys、10Asn和10Asp为基因表达水平变化测试对象,这三种氨基酸对线虫均有明显的减寿作用。使用实时荧光定量PCR技术检测10Cys、10Asn和10Asp分别喂养5d、10d和15d的线虫体内相应寿命相关基因的表达水平。实验结果显示:各基因的表达水平均发生不同程度的变化,其中age-1和pdk-1在喂食10Cys第5天的线虫体内与其他线虫相比表达水平提高了2倍以上;age-1、pdk-1、akt-1和nmr-1四个基因在喂食10Asp线虫体内,喂食时间越长基因表达越高。其中nmr-1在喂食10Asp线虫体内,第15天时的表达量远高于第5天时的表达量,高达上万倍。上述发现说明氨基酸会影响线虫寿命相关基因的表达水平,但是从局部基因网络角度并未发现明显规律,有待进一步深入探究。
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