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PNAS | 张传茂团队揭示核膜出芽促进衰老的机制及ERK1/2持续性激活在抗衰老中的作用

dcyuw 0 26 次浏览 技术文章


引言

基因组不稳定（genomic instability）、端粒磨损（telomere attrition）、表观遗传改变（epigenetic alterations）等是衰老的标志【1】，探究其中的调控机制不仅有助于了解衰老的本质，还将为衰老相关疾病的干预提供理论依据。人类早老症（Hutchinson–Gilford progeria syndrome）是一种罕见的、系统性的加速性衰老疾病，90%的患者是由早老蛋白progerin表达所引起的【2, 3】。早老症患者表现出脱发、皮肤皱缩、皮下脂肪缺失、动脉粥样硬化等症状（
https://rarediseases.info.nih.gov/diseases/7467/progeria），与正常衰老的症状极为相似。因此，近年来早老症模型越来越多地被用于衰老机制的研究【4-6】。

2024年10月1日，PNAS杂志在线发表了北京大学/昆明理工大学张传茂课题组的题为Nuclear envelope budding inhibition slows down progerin-induced aging process的最新研究论文。该研究阐明了核膜出芽（nuclear envelope budding）介导的染色质丢失、端粒丢失促进衰老的分子机制，进一步通过高通量筛选鉴定到核膜出芽抑制剂毛壳素（chaetocin），并揭示了chaetocin通过持续性激活ERK1/2来扰乱progerin的核膜定位，进而抑制核膜出芽。该研究揭示了核膜出芽在衰老中的作用以及chaetocin和ERK1/2持续性激活在抗衰老中的作用，这为早老症以及衰老相关疾病的干预提供了新思路。

研究人员通过分离早老症患者和小鼠模型的原代皮肤成纤维细胞（primary dermal fibroblasts），并结合小鼠肝脏、心脏、肾脏的病理切片分析，发现progerin诱导了核膜出芽；并揭示了出芽过程依赖于lamin A/C，但受到内层核膜蛋白emerin的抑制。核膜出芽将染色质、端粒等物质转运到细胞质中，后经溶酶体途径降解，从而引起了基因组不稳定和端粒不稳定，进而加速了衰老过程。研究人员接下来探究了核膜出芽的干预策略。研究发现，progerin的核膜定位是引起核膜出芽的先决条件，扰乱progerin的核膜定位可以有效地抑制核膜出芽。基于此，研究人员建立了基于progerin亚细胞定位的高通量筛选体系，并成功鉴定到天然产物chaetocin可以显著地隔绝progerin在核膜上的定位，并使其在核质中形成聚集体，从而有效地抑制核膜出芽，缓解染色质丢失和端粒丢失。小鼠体内实验表明，chaetocin可以抑制组织器官中衰老相关分泌表型（Senescence-Associated Secretory Phenotype，SASP）基因的表达，缓解早老症小鼠的脱发、血管平滑肌丢失、组织器官纤维化等症状，延长早老症小鼠寿命。

研究人员进一步发现chaetocin通过持续性激活ERK1/2来扰乱progerin的核膜定位，进而抑制核膜出芽。因此，该研究揭示了ERK1/2持续性激活在抗衰老中的作用。研究人员还发现chaetocin激活ERK1/2并不依赖于MEK1/2，可能是通过靶向ERK1/2的磷酸酶DUSP6实现的。传统的MEK1/2-ERK1/2信号通路，只是短暂性地激活ERK1/2，对于核膜出芽没有抑制效果。这些结果提示，传统的MEK1/2-ERK1/2信号通路可能在抗衰老中具有局限性。

模式图（Credit: PNAS）

综上所述，该研究不仅揭示了核膜出芽在衰老中的作用，还鉴定到chaetocin和ERK1/2持续性激活的抗衰老效果，这为衰老相关疾病的干预提供了新策略。



参考文献


1. López-Otín, C., Blasco, M.A., Partridge, L., Serrano, M., and Kroemer, G. (2022). Hallmarks of aging: An expanding universe. Cell. 10.1016/j.cell.2022.11.001.
2. Eriksson, M., Brown, W.T., Gordon, L.B., Glynn, M.W., Singer, J., Scott, L., Erdos, M.R., Robbins, C.M., Moses, T.Y., Berglund, P., et al. (2003). Recurrent de novo point mutations in lamin A cause Hutchinson–Gilford progeria syndrome. Nature 423, 293-298. 10.1038/nature01629.
3. De Sandre-Giovannoli, A., Bernard, R., Cau, P., Navarro, C., Amiel, J., Boccaccio, I., Lyonnet, S., Stewart, C.L., Munnich, A., Le Merrer, M., and Lévy, N. (2003). Lamin A truncation in Hutchinson-Gilford Progeria. Science 300, 2055. 10.1126/science.1084125.
4. Liu, X.Q., Liu, Z.P., Wu, Z.M., Ren, J., Fan, Y.L., Sun, L., Cao, G., Niu, Y.Y., Zhang, B.H., Ji, Q.Z., et al. (2023). Resurrection of endogenous retroviruses during aging reinforces senescence. Cell 186, 287-+. 10.1016/j.cell.2022.12.017.
5. Della Valle, F., Reddy, P., Yamamoto, M., Liu, P., Saera-Vila, A., Bensaddek, D., Zhang, H., Prieto Martinez, J., Abassi, L., Celii, M., et al. (2022). LINE-1 RNA causes heterochromatin erosion and is a target for amelioration of senescent phenotypes in progeroid syndromes. Sci. Transl. Med. 14, eabl6057. 10.1126/scitranslmed.abl6057.
6. Bárcena, C., Valdés-Mas, R., Mayoral, P., Garabaya, C., Durand, S., Rodríguez, F., Fernández-García, M.T., Salazar, N., Nogacka, A.M., Garatachea, N., et al. (2019). Healthspan and lifespan extension by fecal microbiota transplantation into progeroid mice. Nat. Med. 25, 1234-1242. 10.1038/s41591-019-0504-5.
https://doi.org/10.1073/pnas.2321378121


责编|探索君

排版|探索君

文章来源|“BioArt”

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