变老一向是生命进程中的中心环节,也是影响整个人类社会健康发展的首要问题。当前世界各国均面临着严峻的人口老龄化,数据显现到2050年约三分之一的我国人口年纪将超越60岁。因此,深入了解变老发作的机制是人类推迟变老和医治有关疾病的首要内容。但是,人类变老的进程绵长且杂乱,小鼠等形式动物的变老进程与人相差甚远,人类变老的转化医学研讨一向面临着巨大的应战。成年早衰症(Werner Syndrome)是一种稀有的常染色体隐性遗传病,由WRN基因(编码一种DNA修正/解旋酶)的骤变所造成的。成年早衰症病人自青春期开始提早启动变老程序,加快呈现出天然变老的表征并伴发多种晚年性疾病。因此,研讨成年早衰症对于提醒人类天然变老的奥秘以及完成防治变老有关疾病具有首要的科学含义。
中科院生物物理所刘光慧、北京大学汤富酬以及Salk研讨所Juan Carlos Izpisua Belmonte等人最近在Science杂志上在线发表了题为"A Werner syndrome stem cell model unveils heterochromatin alterations as a driver of human aging"的最新研讨成果,报告了他们在干细胞变老机理方面的一项突破性的研讨成果。该研讨联系多能干细胞定向分解技能、基因组靶向修改技能、以及表观遗传组剖析技能初次提醒了异染色质的高档构造失序(disorganization)是人类干细胞变老的驱动力之一,为推迟变老及研讨和防治变老有关疾病供给了新的潜在靶点和思路。
研讨人员提出了“安排干细胞的加快变老(耗竭)可能是人类早衰症的病因”的假定。根据这一假说,研讨人员经过基因组靶向修改技能使得人世充质干细胞(MSC)中的WRN基因发作纯合缺失骤变,在实验室“制作”出人类早衰症特异的MSC。这些早衰症MSC不只体现出成长速度减慢、DNA损害反响加重和排泄很多炎性因子等变老指征,并且体现出内层核膜蛋白以及核周异染色质的加快缺失。经过对组蛋白共价修饰、DNA甲基化、以及RNA转录本进行全基因组扫描,研讨人员发现早衰症干细胞的异染色质发作了明显的构造退行性改变,首要体现为着丝粒和端粒邻近的H3K9me3“山脉”(mountains)的缺失。进一步研讨发现,WRN蛋白同异染色质蛋白SUV39H1和HP1?共存于一个蛋白复合物中,该复合物具有维持异染色质和核纤层的稳定性以及阻挠MSC变老的效果。WRN的缺失致使异染色质联系蛋白的削减以及着丝粒卫星DNA的转录,进而诱发细胞变老。经过对比健康晚年人和年青人体内别离的MSC,也可见WRN水平的下调以及核膜蛋白和异染色质构造的反常,提示异染色质的重塑可能是正常细胞变老的驱动力之一。最终,研讨发现过量表达HP1?能抑制早衰症细胞的加快变老,因而为将来干预人类干细胞的变老供给了可能的分子靶标。
此项研讨不只初次提醒了WRN蛋白在表观遗传调控方面的全新功能,并且首次确立了染色质高档构造的改变在驱动人类细胞变老中表现的中心效果。这些新式发现为在表观遗传水平完成推迟或反转细胞变老奠定了理论基础。