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《动物所揭示核心节律蛋白延缓干细胞衰老及促进再生新功能》

  • 来源专题：生物科技领域知识集成服务
  • 编译者： 陈方
  • 发布时间：2020-09-10

  • CLOCK是生物钟的核心组成成分之一，在细胞衰老过程中的调控作用方面中国科学院动物研究所与北京基因组研究所合作于2020年7月31日在Cell Research上发表研究论文，首次揭示了核心节律蛋白CLOCK具有拮抗人干细胞衰老的新型功能。该研究发现CLOCK在复制性衰老、生理性衰老以及儿童早衰症的多种人间充质干细胞模型中均呈现下调表达；CLOCK蛋白的缺失导致人间充质干细胞出现加速衰老的表型，CLOCK能与核纤层及异染色质蛋白形成复合物，共同维持基因组重复元件区域异染色质结构的稳定、抑制重复元件的转录本表达，进而维持表观基因组的稳定并抵御人间充质干细胞的衰老，过表达野生型CLOCK 或其转录激活功能缺失的突变体均可延缓细胞衰老，CLOCK在老年小鼠骨关节中表达量下调，而关节腔注射CLOCK慢病毒表达载体可以降低衰老细胞的比例，抑制炎症反应并刺激软骨的再生，进而缓解增龄相关的骨关节退行，改善老年个体的运动能力。研究成果不仅拓展了人们对核心节律蛋白新型生物学功能的认识，也为延缓人类衰老、防治衰老相关退行性疾病提供新的思路和潜在的干预靶标。
    宋琪 摘编自http://www.ioz.ac.cn/gb2018/xwdt/kyjz/202008/t20200803_5649141.html
    原文标题：动物研究所合作揭示核心节律蛋白延缓干细胞衰老及促进再生的新功能

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    • m6A是目前已知的真核细胞mRNA上最为常见的一类化学修饰，它的建立、读取和擦除分别受到相应甲基化酶（writer）、结合蛋白（reader）以及去甲基化酶（eraser）的动态可逆调控。研究表明，m6A能够通过调节mRNA的剪接、出核、稳定性以及翻译等生命周期活动，参与调控机体的诸多生理或病理进程，包括胚胎发育、肿瘤以及神经退行性疾病的发生等。然而，在生理性衰老过程中，m6A对于器官稳态维持的调控作用以及关键分子机制均有待阐明。   2023年4月6日，中国科学院动物研究所刘光慧研究组、曲静研究组联合中国科学院北京基因组研究所慈维敏研究组以及张维绮研究组在Nature Aging杂志在线发表了题为“m6A epitranscriptomic regulation of tissue homeostasis during primate aging”的研究论文。该研究利用非人灵长类动物（食蟹猴）生理性衰老的多器官研究模型，同时结合基于基因编辑和人类干细胞定向分化的研究体系，通过系统绘制器官和细胞衰老过程中RNA m6A修饰的动态图谱，解析了RNA甲基化修饰及相关基因表达稳态的变化规律，并深入阐释了METTL3–m6A–NPNT通路调控骨骼肌衰老的新型机制。   在这项工作中，研究人员通过对年轻和年老食蟹猴的肝脏、骨骼肌和心脏进行系统的组织学分析发现，脂肪蓄积增加、炎症因子上调以及核纤层蛋白Lamin B1下调是三种组织衰老的共性特征；此外还发现骨骼肌中的凋亡细胞增加、肌纤维萎缩、以及心脏中的心肌纤维肥大等组织特异的衰老相关退行性变化。随后，通过联合分析三种组织的m6A表观修饰图谱及相应的转录组图谱，研究人员揭示了m6A修饰和基因表达稳态之间的相关性以及不同组织共性和特性的衰老调控规律。相较于肝脏和心脏，研究人员在骨骼肌中特异性地检测到了整体m6A修饰的减少以及核心甲基化酶METTL3表达水平的降低。进而通过CRIPSR/Cas9技术，研究人员建立了由人类胚胎干细胞衍生的METTL3敲除的肌管细胞，发现METTL3的缺失导致肌管细胞发生萎缩、凋亡以及加速衰老等退行性变化，与衰老骨骼肌的表型一致。进一步的机制研究揭示了NPNT作为METTL3的下游效应因子发挥维持骨骼肌细胞稳态的作用，而慢病毒载体介导的METTL3或NPNT回补表达均能一定程度上延缓人类肌管细胞的衰老。最后，通过METTL3酶活抑制剂处理以及METTL3酶活突变体过表达等相关实验，研究人员证实了METTL3通过m6A催化活性依赖的方式促进NPNT的表达以及维持肌管细胞的稳态，并且发现m6A结合蛋白IGF2BP1可以结合并稳定受到m6A修饰的NPNT mRNA。   综上所述，该研究系统揭示了三种重要的灵长类器官/组织在生理性衰老过程中的动态m6A修饰变化及其与基因表达稳态的关系，并且深入阐明了METTL3–m6A–NPNT通路维持人类骨骼肌稳态的作用和机制。研究深化了人们对m6A参与维持人类器官功能稳态的认识以及对衰老的表观转录调控机理的理解，为研究骨骼肌衰老提供了一个有效整合灵长类器官模型和人类干细胞衍生物体系的系统性平台，同时也为延缓骨骼肌衰老或治疗与年龄相关的骨骼肌退行疾病（如肌少症）提供了潜在的分子靶标和干预策略。   该工作由中国科学院动物研究所、中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）、中国科学院干细胞与再生医学创新研究院、首都医科大学宣武医院等多家机构合作完成。中国科学院动物研究所刘光慧研究员、中国科学院北京基因组研究所慈维敏研究员和张维绮研究员、以及中国科学院动物研究所曲静研究员为文章的共同通讯作者。中国科学院动物研究所特别研究助理武泽明、中国科学院北京基因组研究所博士研究生路明明、中国科学院动物研究所硕士研究生刘迪、中国科学院北京基因组研究所史悦副研究员、任捷研究员以及首都医科大学宣武医院王思研究员为文章的并列第一作者。该研究同时得到了中国科学院北京基因组研究所杨运桂研究员、肖景发研究员以及中国科学院动物研究所魏妥研究员的合作与支持，并获得了国家科技部、国家自然科学基金委和中国科学院等项目的大力资助。   原文链接：https://doi.org/10.1038/s43587-023-00393-2
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