综述:复制性衰老与 rejuvenation 的阴阳之道

【字体: 时间:2025年06月24日 来源:Current Opinion in Genetics & Development 3.7

编辑推荐:

  这篇综述深入探讨了芽殖酵母(S. cerevisiae)复制性衰老与 rejuvenation 的分子机制及进化意义。文章系统阐述了母细胞通过不对称分裂将衰老因子(如 ERCs、APODs)与记忆元件(mnemons)选择性保留,而子细胞通过染色质重构(Hos3 介导)和细胞器酸化(Pma1/v-ATPase/PI(3,5)P2通路)实现 rejuvenation。创新性提出衰老与 rejuvenation 是酵母种群同时实现"特化"(母细胞)与"泛化"(子细胞)生存策略的进化权衡,为理解衰老的生物学本质提供了新视角。

  

复制性衰老与 rejuvenation 的阴阳平衡

引言
衰老并非生命必然。水螅、大多数树木等生物几乎不衰老,而单细胞生物如芽殖酵母却会经历典型的复制性衰老。这种差异暗示衰老可能是进化权衡的结果——芽殖酵母通过不对称分裂将衰老与 rejuvenation 转化为种群生存优势。

Replicative rejuvenation of the yeast bud
酵母母细胞通过两种机制确保子细胞 rejuvenation:清除衰老因子与空间隔离。

Erasing aging determinants in the daughter cell
子细胞的 rejuvenation 始于液泡重酸化。母细胞中质膜 H+-ATPase Pma1 积累导致胞质碱化,抑制液泡 v-ATPase 活性。而子细胞低表达 Pma1 且富含 PI(3,5)P2,驱动液泡酸化恢复线粒体功能。染色质层面,子细胞通过 Aurora B/Hst2 激酶介导的姐妹染色质不对称凝缩(子细胞染色质超凝缩)和组蛋白去乙酰化酶 Hos3 对 rDNA 位点的修饰,重置基因组稳定性。

Confining aging factors to the mother cell
关键衰老因子被物理隔离在母细胞:

  1. DNA 环(如 ERCs)通过 SAGA 复合体锚定在核孔复合体(NPC),并受核膜扩散屏障阻隔;
  2. 错误折叠蛋白形成年龄相关蛋白沉积(APOD),其前体通过 Ydj1 伴侣蛋白锚定在 ER 膜,依赖胞质扩散屏障滞留;
  3. 记忆元件 mnemons 以朊病毒样结构存储环境信息,同样依赖屏障机制限制传播。有趣的是,NPC 核篮的丢失虽导致母细胞 pre-mRNA 泄漏(引发染色体错误分离),却可能促进应激适应性。

Asymmetric division: beyond damage confinement
Mothers’ privileges
衰老并非纯然有害。母细胞保留的 APOD 增强泛素化降解能力;ERCs 可动态扩增营养转运蛋白基因(如 HXT6/7),形成短期基因拷贝数变异;NPC 核篮丢失诱导的非整倍性也可能促进应激适应。这些机制使母细胞成为环境适应的"特化个体"。

Individual costs, communal gains
该体系实现了种群水平的"特化-泛化"双赢:母细胞作为经验丰富的特化者,通过 mnemons 和基因拷贝变异优化现存环境适应;子细胞作为泛化者,以重置的基因组和代谢状态探索新生态位。进化上,不对称分裂甚至"驯化"了朊病毒机制——将危险的自模板蛋白转化为可控的记忆工具。

Future aspects
理论模型需整合 r/K 选择与特化-泛化权衡。值得注意的是,人类早衰蛋白 progerin 同样引起 NPC 核篮丢失,暗示酵母衰老机制可能在高等生物中保守。未来研究可探索裂殖酵母(S. pombe)条件性衰老是否伴随类似特化现象,以及干细胞不对称分裂与衰老的关联性。

相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博
  • 急聘职位
  • 高薪职位

知名企业招聘

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号