生物信息学专家探索衰老的分子机制

由萨尔大学的生物信息学专家Andreas Keller和Fabian Kern以及斯坦福大学的研究人员领导的研究小组在分子水平上对衰老的表现有了新的见解。他们发现，阅读遗传信息的过程在老年人中并不像在年轻人中那样顺利。

转录过程中的这些变化是由于特定的RNA分子影响单个基因的活性，从而决定身体产生哪些蛋白质 - 生理改变可能对身体的新陈代谢产生巨大影响。他们的研究现已发表在《自然生物技术》杂志上。

我们的器官如何以及为什么会衰老?为了帮助回答这个问题，来自萨尔布吕肯和斯坦福大学的一组研究人员一直在研究导致衰老的部分分子机制。由萨尔布吕肯大学临床生物信息学教授Andreas Keller领导的研究小组检查了小鼠整个生命周期中的器官，发现器官中表达的小非编码RNA(sncRNA)的数量根据小鼠的年龄而显着不同。

“我们已经确定了许多RNA分子，其丰度随着年龄的增长而增加，以及那些存在显着下降的RNA分子，”Andreas Keller说，他也是萨尔亥姆霍兹药物研究所临床生物信息学系研究小组的负责人(HIPS)。HIPS是位于不伦瑞克的亥姆霍兹感染研究中心(HZI)的一个分支机构，与萨尔大学联合运营。

一些sncRNA专门调节信使RNA分子(mRNA)的数量。这些mRNA分子将基因组(DNA)中编码的遗传指令传递给细胞的蛋白质制造机器。它们基本上复制细胞中的DNA片段 - 这一过程称为转录。因此，mRNA编码用于产生单个蛋白质的化学蓝图，而这些蛋白质反过来控制身体的大部分代谢过程。

“如果你将生物体的DNA与包含所有蛋白质配方的食谱进行比较，mRNA会复制单个食谱，然后从中创建相应的菜肴(蛋白质)，”生物技术专家Viktoria Wagner解释说。但是，如果mRNA分子被其他RNA阻断，翻译过程就会受到抑制，结果不会产生更多的蛋白质。

“如果蛋白质的产生受到抑制，这会影响细胞和器官的新陈代谢，最终也会影响整个生物体的衰老过程，”瓦格纳解释说。

萨尔布吕肯研究小组已经能够描述与衰老相关的分子特征和模式。其中一些分子特征具有一般性质，即它们在所研究的每个器官中被鉴定出来，其他分子特征被发现对单个器官具有特异性。

“一种特殊的分子在肝脏中显示出非常强烈的影响，”Andreas Keller教授说，他与他在萨尔布吕肯的团队一起使用生物信息学软件来分析产生的大量测序数据。“进一步的实验表明了一个令人惊讶的结果，即所涉及的一些机制是可逆的 - 至少在分子水平上是可逆的。

在未来的研究中，生物信息学家计划更仔细地检查RNA分子，并希望它们可以用来开发某些器官的衰老标志物。“通过开发这种生物标志物，我们希望能够通过筛查他们的血液来观察个体的衰老过程，”凯勒说。这可能是一个特别有趣的发展，因为衰老过程仍然是许多最常见疾病的主要原因之一。

潜在地，这可能会在生物医学中开辟许多其他机会。“我们知道传染病有时会使我们的细胞承受巨大的压力，这会加速它们的衰老，”HIPS初级研究小组负责人Fabian Kern说。

拥有生物信息学博士学位的Kern在开发研究中使用的软件工具方面发挥了重要作用，并解释了当前研究的重要性：“使用最新的机器学习方法和技术，我们可以精确地对不同的分子信号通路进行分类。从获得的知识中，我们希望获得开发创新药物产品的新方法，因此我们已经处于药物发现过程的早期阶段。虽然常规药物在蛋白质水平上起作用，但我们的方法将涉及信使RNA水平的靶向变化。

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