心血管疾病是全世界死亡的主要原因,部分原因是与年龄相关的心脏结构功能障碍。加州大学圣地亚哥分校 Adam Engler 教授实验室的一组生物工程师于 12 月 22 日在Nature Aging 杂志上发表了一篇论文,该论文有助于增进我们对心脏衰老方式的理解,并揭示了减缓心脏衰老的可能途径。
Natalie Kirkland 博士是恩格勒实验室的博士后学者,也是该论文的第一作者,她使用果蝇来证明负责维持心脏细胞核结构完整性的蛋白质 Lamin C 随着果蝇年龄的增长而下降。这项研究发现,核纤层蛋白下降是果蝇心脏因年龄引起的结构重塑的原因,它可能是减缓甚至帮助逆转人类心脏衰老的潜在目标。
“我们的工作表明,年龄依赖性核重塑在心脏功能中起着关键作用,”柯克兰说,“核形态可能是细胞和组织健康的标志,可能成为潜在治疗的目标。”
Kirkland、Engler 实验室的研究人员以及他们在 Sanford Burnham Prebys 医学发现研究所和美国国立卫生研究院国家衰老研究所的合作者在这项研究中使用果蝇 (Drosophila Melanogaster),原因有四个:
果蝇的寿命在六到八周之间,这使得它们可用于与年龄相关的研究
果蝇和人类共享 82% 的心脏蛋白质组。
可以进行 100 或 1000 的研究。
果蝇具有简单的遗传学,很容易模仿。
这些特性使果蝇成为一个相对快速和容易的模型来识别人类研究感兴趣的心脏保存途径。柯克兰和该论文的合著者、生物工程本科四年级学生斯科特·斯卡拉克 (Scott Skalak) 在果蝇的心脏上使用了显微解剖技术。然后保存心脏并用免疫荧光和共聚焦显微镜检查。
柯克兰说:“这就是我第一次观察到细胞核在年长果蝇身上缩小并变圆的方式。”
然后,该团队通过使用原子力显微镜分割和测量核刚度来量化这种变化。这是他们发现心肌细胞核在自然老化过程中变硬的时候;在进行遗传分析后,研究人员发现核纤层蛋白的表达随着果蝇年龄的增长而降低。