本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
似乎人類在其生命歷程中一直飽受壓力之苦。起初是獅子、老虎和熊,然後是手持尖銳金屬物體的其他人,現在是最後期限、交通堵塞和破產。壓力,即使是我們今天許多人所承受的那種壓力,對身體也是有害的。它可能導致抑鬱、焦慮、對疾病的敏感性增加,甚至可能縮短您的預期壽命。這些都不是好事,其中許多都與細胞衰老和死亡有關。
但我們的身體會盡力克服這些負面影響。一種新的方法是什麼?額外的端粒酶。但有一種對抗細胞衰老的方法,那就是透過一種叫做端粒酶的東西。但這有意義嗎?這是一個好問題。
Beery 等人。“慢性壓力提高大鼠端粒酶活性”《生物學快報》,2013 年。
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(旁註:諾貝爾獎得主伊麗莎白·布萊克本是本文的作者之一!不足為奇,端粒完全是她的專業領域!)
要了解端粒酶,您必須先了解端粒。當細胞複製時,它們內部的 DNA 首先複製(在 S 期期間)。然後 DNA 形成染色單體,染色單體形成 X 形對,並在複製過程中被拉開,一半 DNA 進入每個新細胞。但在那段時間,當 DNA 正在複製並形成染色單體時,就存在端粒。
端粒是您真實 DNA 末端的隨機 DNA 序列。它們形成一個令人難以置信的保護帽,因此,儘管它們可能“說”的是胡話,但它們意義重大。執行 DNA 複製的酶無法到達 DNA 的最末端,它們必須在到達末端之前停止。如果您的 DNA 在需要結束的地方結束,而沒有任何其他東西在那裡,那麼每次發生複製時,您都會丟失一些 DNA。一些您重要的、編碼的 DNA。如果您每次細胞複製都丟失一點基因組……那麼我們誰也不會在這裡。所以您有端粒,即無意義的 DNA 鏈,每次 DNA 複製時,它們都會略微縮短。
(您可以在末端看到它們。來源)
當然,您也不想丟失您的端粒,因為那樣您就會開始丟失常規 DNA。事實上,端粒變短是衰老的跡象。因此,實際上存在一些酶可以幫助維持和延長您的端粒,稱為端粒酶。端粒酶可以為我們省去很多麻煩,延長我們的端粒並保護我們的細胞免於衰老(當細胞變得太老而無法分裂時)。端粒酶缺陷可能與許多問題有關,包括早衰和嚴重免疫缺陷。因此,高水平的端粒酶具有保護作用,可以延長細胞的壽命。
這可能對壓力有意義。我們知道壓力會導致各種型別的細胞死亡,端粒酶能有所幫助嗎?這促使這項研究的作者詢問壓力。我們知道壓力會增加細胞衰老和死亡的跡象。我們也知道端粒酶通常會增加,以延長端粒,大概是為了防止細胞衰老和死亡。那麼,當您感到壓力時,端粒酶會發生什麼變化呢?
為了檢驗這一點,這項研究的作者選取了大鼠,並讓它們暴露於慢性壓力之下(我喜歡稱之為大鼠版的學術界)。大鼠永遠不知道它們每天會遇到什麼。有時它們必須游泳,有時它們的籠子是傾斜的。有時它們整夜都在聽搖滾音樂,有時它們必須聞到捕食者的氣味(在本例中是狐狸的氣味,我可憐任何必須處理這種東西的人。它永遠不會從任何東西上消失。永遠)。這種不可預測的壓力對大鼠來說是很難的(更不用說對那些必須進行所有更換工作的人來說也很難,而且通常是在非常奇怪的時間)。受壓的大鼠沒有它們放鬆的對照組增重那麼多,並且在高架十字迷宮、曠場和明暗箱中表現出高水平的焦慮。
您可以在上面看到曠場、高架十字迷宮和明暗箱的測量結果(從左到右)。這些都是大鼠的焦慮測量指標,它們利用了大鼠天生厭惡強光和開闊空間的習性。大鼠越焦慮,它在曠場中間、高架迷宮的開放臂上或箱子的明亮部分花費的時間就越少。您可以看到,受壓的大鼠比它們相關的同類焦慮得多。
這些行為影響與端粒酶活性的增加相關。大鼠表現出的壓力行為越多,它們擁有的端粒酶活性就越高。
現在,這並不意味著壓力直接導致端粒酶活性,或者端粒酶活性導致壓力。
但這可能意味著,增加的端粒酶活性是細胞應對壓力困難的一種方式,增加端粒酶活性以保護 DNA 免受過度破壞,並保護細胞免於衰老。這僅僅意味著,當他們給動物施加壓力時,端粒酶活性會增加。正如評論中指出的那樣,許多事情都會增加端粒酶活性,而且由於壓力仍然與細胞衰老跡象和細胞死亡有關,因此這些端粒酶活性的增加是否有意義尚不清楚。看看在壓力之前增加端粒酶活性是否可以保護動物免受壓力的影響(例如,壓力對神經發生的影響,壓力會導致神經發生顯著減少),這將很有趣。這將是證明端粒酶在壓力影響中起有意義作用的方法。但就目前而言,這是端粒和端粒酶的另一個作用。保護您的端粒以幫助您緩解壓力。因此,雖然壓力和端粒酶增加這兩件事是同時發生的,但它們一起是否“有意義”則不太確定。
Beery, A., Lin, J., Biddle, J., Francis, D., Blackburn, E., & Epel, E. (2012)。慢性壓力提高大鼠端粒酶活性。《生物學快報》,8(6), 1063-1066。DOI:10.1098/rsbl.2012.0747
編輯(2013 年 3 月 26 日):正如人們在評論中指出的那樣,壓力和端粒酶活性之間沒有確定的聯絡。此處僅顯示兩者同時發生,並且暗示此處的端粒酶活性可能是有意義的,這太過推測了。我已經更改了標題並編輯了帖子的部分內容以反映這一點。整個帖子的更正內容以斜體顯示。