大多数龙虾如何保持无癌状态？新测序的基因组可以揭示它们的秘密

时间：2021-06-25 00:00:00 来源：网络整理

对美国龙虾基因组的最新解读可能有助于解释为什么这种长寿的甲壳类动物会优雅地衰老。

以美国龙虾为例，它是一种生活在海底的甲壳类动物，在野外可以活到100岁。长期以来，科学家一直对龙虾惊人的长寿感到惊讶:龙虾不会随着年龄的增长而变弱，而且很少患癌症。现在，研究人员已经发表了第一份高质量的龙虾基因组草图，对这种动物的免疫系统和基因组稳定性产生了令人惊讶的见解，可能有一天有助于回答有关衰老的基本问题——不仅在龙虾身上，也在人类身上。

“龙虾与我们非常不同”，诺瓦东南大学(Nova Southeastern University)的分子进化生物学家何塞·洛佩兹(Jose Lopez)说，他没有参与这项研究。“但我们确实与这些看似非常遥远的动物有许多同源基因。”洛佩兹称这项新工作是“一项巨大的努力”，特别是考虑到龙虾的基因组可能比人类的还要长。

美国龙虾(Homarus americanus)就像美酒或某些好莱坞演员，似乎只会随着岁月的流逝而变得更好。他们不会随着年龄的增长而失去力量，经历新陈代谢的巨大变化，或失去生育能力。它们一生都在长得越来越大。据估计，将近40%的人会在某一时刻被诊断出癌症，而2008年一篇涵盖60多年研究的文献综述却发现，美国龙虾中只有一个可信的肿瘤生长案例。

为了弄清龙虾的基因是否包含它们无癌长寿的秘密，格洛斯特海洋基因组研究所(GMGI)的研究人员于2015年启动了一个对龙虾的整个基因组进行测序的项目。但到2017年，该团队使用标准的“短读”技术测序了不到一半的基因组，这种技术一次只能处理龙虾基因组的非常小的片段。两名GMGI研究人员——生物化学家Andrea Bodnar和海洋生物学家Jennifer polinski——推动使用新的长读测序技术进行额外的测序。但这意味着他们必须重新进行整个分析。“这几乎就像是重新开始，”博德纳尔说。

研究人员今天在《科学进展》杂志上报告说，到2019年，GMGI的工作已经产生了迄今为止最完整的龙虾基因组——估计捕获了整个序列的72%。当Bodnar、polinski和他在佛罗里达、马里兰、加拿大和俄罗斯的同事们分析了这些数据——将它们的序列与其他7种海洋无脊椎动物的序列进行比较——他们发现了几十个与神经细胞功能、免疫、基因组完整性和细胞存活相关的基因组被丰富或扩大的例子。

例如，研究人员发现编码多种蛋白质的基因有助于调节离子通过细胞膜的运动，这被称为配体门控离子通道，甚至还发现了一种新的通道类型。离子通道在许多生理过程中发挥着关键作用，从神经细胞的放电到免疫细胞识别外来物质。博德纳尔说，新发现的离子通道结合了免疫系统和神经系统的典型功能，这表明独特的神经免疫相互作用可能有助于美国龙虾抵抗疾病。

研究人员惊讶地发现，与哺乳动物和果蝇相比，龙虾几乎没有激活程序性细胞死亡的基因。在大多数动物中，这一过程会抑制肿瘤并清除病变细胞。因为龙虾几乎从未得过肿瘤，polinski说，研究小组希望能找到更多与激活程序性细胞死亡相关的基因。相反，研究人员发现了更多已知的抑制肿瘤的基因，这表明龙虾可能依赖其他策略来抑制肿瘤生长。

博德纳尔说，更多的研究可以帮助解释龙虾是如何保持几乎没有癌症的，以及这些经验如何有朝一日转化为人类。“人类的寿命已经非常长了，”她说。“人类生物学的问题是，我们生命中的大部分时间都在衰退，特别是在我们的晚年，我们的疾病和发病率越来越高。”她希望通过对龙虾基因组的研究，最终可以研发出新的药物，或者对新陈代谢在长寿中扮演的角色有新的认识。

与此同时，波林斯基看到了龙虾基因组更直接的应用。“龙虾对水温非常敏感，”她说。随着北大西洋水域变暖，美国东部和加拿大沿海的龙虾正在向北移动，导致新英格兰南部的龙虾渔业大量减少。polinski说，更多地了解龙虾如何应对这种压力，可以帮助科学家更好地了解它们在未来几年将如何迁徙，以及它们的种群结构将如何随着迁徙而变化，这也可能为渔业管理者提供一个重要的工具来预测它们自己的未来。

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