组蛋白变体H1.2调控细胞衰老进而影响糖尿病视网膜病变机制研究

Cellular senescence, an important field for cell biology, is one of main causes of organ senescence and leads to degenerative diseases. Diabetic retinopathy (DR), characterized with neuronal and vascular degeneration, is a common eye disease. At present, however, the mechanism underlying the development of DR remains unclear and effective drugs are lacking. The applicant recently reported that histone H1.2, a histone variant, plays an important role in the development of DR, and the result has been published in Autophagy. Further studying the underlying mechanism, the applicant found that H1.2 can affect the DNA damage response pathway and cell senescence, similar reports have not yet been found. The applicant hypothesizes that histone H1.2 is a new factor in regulating cell senescence. In this proposal, gene knockout / knockdown or overexpression cell and mouse models will be used to study following key scientific questions: ① The molecular mechanism of how histone H1.2 regulates DNA damage response and cell senescence through PARP-1 and/or mitochondrial function. ② The long-term effects of histone H1.2 overexpression or deficiency on the degenerative lesions in DR. ③ Whether caffeine can inhibit the degenerative lesions in DR by downregulating H1.2 and cell senescence. We expect to reveal the molecular mechanism of how H1.2 regulates cell senescence and ultimately affects the retinal neuronal and vascular degeneration, which may provide new theory and direction for the prevention or treatment of DR.

细胞衰老是引起器官退化性病变的主要原因之一，是细胞生物学的重要研究领域。糖尿病视网膜病变（糖网）具有典型的神经和血管退行性病变表征，为常见疾病，目前病变机制仍有待完善、治疗药物较缺乏。申请人前期发现组蛋白变体H1.2在糖网中发挥重要作用，工作2017年发表于Autophagy。在此基础上，申请人进一步发现组蛋白H1.2水平可影响DNA损伤信号通路和细胞衰老，相关研究尚未见国内外报道。申请人据此提出“H1.2是调控细胞衰老的新因子”工作假说。本项目拟采用基因敲除/过表达的细胞和小鼠模型，研究①H1.2通过PARP-1和/或线粒体功能来调控DNA损伤和细胞衰老的分子机制；②H1.2表达长期异常对糖网病变的影响；③咖啡因能否通过抑制组蛋白H1.2水平从而抑制细胞衰老和糖网病变。项目有望揭示H1.2调控细胞衰老而最终影响视网膜病变的分子机制，为糖网的防治提供新理论新方向。

组蛋白变体是近期发现的一类与经典组蛋白序列高度相似，但具有特殊功能的组蛋白。组蛋白H1.2（H1.2）是真核生物体细胞中六个组蛋白H1变体之一，在多种体细胞中高表达，参与表观遗传调控，但其生理病理意义还大量未知。糖尿病视网膜病变是常见的糖尿病微血管并发症。本项目发现在体外视网膜Müller细胞系中，敲低H1.2可缓解高糖或Etoposide刺激引起的DNA损伤和细胞衰老；在糖尿病小鼠视网膜中过表H1.2可加快DNA损伤和衰老，而敲低H1.2可抑制DNA损伤和衰老。机制研究发现，高糖促进聚ADP核糖聚合酶1（PARP1）和H1.2的相互作用，并促进对H1.2的多聚ADP-核糖基化（即PAR）修饰。我们进一步证明H1.2依赖PARP1活性对DNA损伤信号通路发挥调控作用。该研究揭示H1.2在糖尿病视网膜病变中新的调控机制，相关研究结果正在投稿中。.在项目执行过程中，我们还发现H1.2在人肝癌（HCC）和DEN诱导的小鼠HCC样本中表达上调。全身性敲低或敲除H1.2可缓解小鼠中DEN引起的炎症和HCC。而过表达H1.2可加速人HCC细胞系的增殖，敲低H1.2则起相反作用。机制研究发现H1.2调控STAT3信号转导和激活；而STAT3结合于H1.2的启动子，正向调节H1.2的转录。通过敲减或使用STAT3的抑制剂均可阻断“H1.2-STAT3”的正向反馈循环，从而在体内外减弱H1.2过表引起的促肿瘤生长作用。因此，阻断“H1.2-STAT3正向反馈”是一种潜在对抗肝癌的新策略，相关研究成果发表于Cancer Science。.此外，我们还研究了其它一些表观遗传调控酶在疾病中的生理病理作用。发现缺乏DNA去甲基化酶Tet1的小鼠更易肥胖且脂肪肝加剧，而利用Tet1激活剂VitC可影响脂质分解和氧化，从而缓解脂肪肝和肥胖（Mol Nut Food Res）；发现组蛋白甲基化酶G9a能调控II相分子解毒酶GSTP1以缓解急性肝损伤（Cell Death & Differ）；并发现组蛋白去甲基化酶Utx糖尿病肾病中的重要作用（J Physiol)。.综上所述，在四年的项目执行期中，我们完成了项目既定目标和主要研究内容，并适当进行了拓展；阐明了包括H1.2在内的表观遗传调控因子在糖尿病视网膜病变等疾病中的作用，为相关疾病的诊疗提供了理论基础。