大多数人类神经细胞在整个生命中可以持续存在而不需要被替换。这对于细胞内的一些成分也是真实的，这些成分可以与生物体本身一样长久。奥地利科学与技术研究所（ISTA）院长、分子生物学家马丁·赫策尔及其同事近期的研究发现了在小鼠神经细胞中的RNA，这是一种通常是暂时性的分子，但在小鼠的整个生命中保持稳定。这个发现发表在《科学》杂志上，为神经细胞的长寿提供了有价值的见解。这些发现有助于揭示神经细胞如何在一生中运作的奥秘。
探索大脑衰老及相关疾病的复杂性。
在美国生活了二十年后，马丁·赫策尔于2023年回到奥地利担任奥地利科学与技术研究所（ISTA）的第二任院长。新职位一年后，这位分子生物学家仍专注于衰老研究。
赫策尔对涉及大脑、心脏和胰腺等器官的衰老过程中的生物学奥秘感到着迷。这些器官中的大多数细胞在一个人的生命中并不再生。例如，人类大脑中的神经细胞（神经元）。与老年神经元相关的神经退行性疾病，如阿尔茨海默病，可以与神经元的高龄有关，神经元可以存在超过一个世纪，并且必须在生物体的整个生命中继续发挥作用。理解神经细胞如何在衰老过程中继续运作和保持控制对应对这些疾病至关重要。这可能导致潜在的治疗干预，以抵消这些细胞的衰老过程。赫策尔与来自弗里德里希-亚历山大大学（FAU）及马克斯·普朗克中心的友田智久的最新出版物探讨了这个主题。他们的研究首次在哺乳动物中证明了一组重要的分子——RNA在生物体生命全程中都能存在。这些研究人员在小鼠的神经细胞核中识别出具有基因组保护功能的特定RNA，这些RNA在长达两年内保持稳定，覆盖了它们的整个生命周期。这些发现发表在《科学》杂志上，突出了长寿关键分子在维持细胞功能中的重要性。
关键分子
细胞内部是一个高度动态的环境。有些部分不断被替换和更新，而其他部分在其生命周期内保持不变。就像一个城市，旧建筑与新建筑并存。例如，在细胞核中发现的DNA——城市的核心——与生物体本身一样古老。“我们神经细胞中的DNA与我们母亲子宫内发育的神经细胞中的DNA完全相同，”赫策尔解释说。
与不断修复的稳定DNA不同，RNA，特别是负责根据DNA指令产生蛋白质的信使RNA（mRNA），以其短暂的性质而闻名。这项研究的范围超越了mRNA，涵盖了一组非编码RNA，这些RNA不产生蛋白质，但在细胞的整体组织和功能中发挥着特定作用。它们的生命周期一直是个谜，直到现在。
为了揭开这个谜，赫策尔和他的团队使用具有化学钩的RNA类似物来标记新生小鼠大脑中的RNA，这些化学钩将荧光分子附着在实际RNA上。赫策尔解释说，在小鼠生活中的分子追踪和显微快照是高效的。他们能够在任何时间点捕获强有力的图像。他们惊讶地发现，在大脑内的不同细胞类型中存在长寿RNA。需要进一步分析以识别神经细胞中的RNA。赫策尔还提到与友田的实验室的良好合作，帮助他们在脑图谱绘制时理清混乱。因此，研究人员能够专注于神经元中长寿RNA，并量化它们在小鼠一生中的浓度，以及检查它们的组成。
研究人员研究了小鼠的寿命，并将其与人类相比。虽然人类的平均寿命大约为70年，但小鼠的平均寿命仅为2.5年。研究发现，即使在一年后，长寿RNA仍然存在于小鼠中，尽管其水平与新生小鼠相比略有降低。即使在两年后，这些长寿RNA仍然可以被检测到，表明它们在小鼠的生命周期中持续存在。
科学家们还发现，长寿RNA在细胞长寿中起着重要作用，特别是在神经元中。它们由mRNA和非编码RNA组成，并且在异染色质附近积累，这是密集打包的DNA。
研究人员关注基因组中特定部分，通常包含不活跃的基因。然后他们调查这些长寿RNA的用途。
在分子生物学领域，实现这一目标的最有效方法是减少相关分子的丰度，并观察所产生的影响。“正如它们的名字和我们之前的实验所暗示的，这些长寿RNA是异常稳定的，”赫策尔解释道。因此，科学家们采用了一种体外（活体外）的方法，利用神经前体细胞——具有产生神经细胞（如神经元）能力的干细胞。这个模型系统使他们能够有效地互动。
长寿RNA在维持细胞内遗传物质的稳定性方面发挥着至关重要的作用。这些长寿RNA水平不足导致了异染色质结构的问题，最终影响了细胞的生存能力。这项研究揭示了长寿RNA在促进细胞长寿方面的重要性。
研究表明，长寿RNA可能参与基因组稳定性的持续调节。根据首席研究员赫策尔的说法，“关键分子如长寿RNA的延长寿命对于维持我们随着年龄增长而变得健康的细胞是至关重要的。”然而，长寿RNA运作的确切机制，可能与未识别的蛋白质共同作用，尚未完全了解。赫策尔实验室专注于理解在小鼠大脑中持续存在的长寿RNA及其生物特性。他们特别感兴趣的是寻找核RNA与异染色质之间的缺失环节，这是一种细胞内的稳定结构。
