HtrA2/Omi抗细胞衰老及清除衰老细胞的机制研究

HtrA2/Omi is a mitochondrial serine protease. In neuronal tissues, loss of HtrA2/Omi leads to neurodegeneration while in non-neuronal tissues, loss of HtrA2/Omi leads to premature aging. However, the cause and mechanisms of this kind of premature aging remain elusive. Our preliminary study discovered that HtrA2/Omi exhibited anti-senescence effect in normal cells and induced apoptosis in senescent cells. As recent studies revealed that senescent cell clearance could be a strategy to counteract aging and increase lifespan, we speculate that HtrA2/Omi might exert both its anti-senescence and pro-apoptosis characteristics to suppress the over accumulation of senescent cells during aging. In this project, we plan to study the influence and mechanisms of HtrA2/Omi on cellular senescence in replicative senescence and stress induced premature senescence model, as well as in aged mice, by demonstrating that HtrA2/Omi functions differently in normal cells and senescent cells, revealing the critical roles of mitochondria and p53 pathway in the regulation of HtrA2/Omi and cell senescence, and verifying the anti-aging role of HtrA2/Omi in aged mice. We hope that our study could lead to new anti-aging target and concept.

帕金森病相关蛋白酶HtrA2/Omi在非神经组织中缺失会导致个体早衰，其具体原因和机制还不清楚。我们在前期研究中发现正常细胞中过表达HtrA2/Omi能够抵抗细胞衰老，而在已经发生衰老的细胞中过表达则会促进衰老细胞凋亡。由于清除衰老细胞能够改善老年个体的衰老表型，延长寿命，我们认为HtrA2/Omi可能通过抵抗细胞衰老发生及促进衰老细胞凋亡来抑制衰老细胞过度积累，发挥抗衰老作用。本项目拟在复制性和应激性细胞衰老模型及正常衰老小鼠模型中研究HtrA2/Omi对衰老细胞生成和凋亡的影响并探究相关分子机制，以期证明HtrA2/Omi在正常细胞和衰老细胞中发挥的不同功能，以及线粒体和p53通路在HtrA2/Omi调控细胞衰老过程中的关键作用，并进一步在老年小鼠模型中验证HtrA2/Omi对个体衰老的影响，为抗衰老和衰老相关疾病治疗提供新的靶点和思路。

HtrA2/Omi是一个在线粒体质量控制和细胞死亡过程中均发挥了重要作用的线粒体丝氨酸蛋白酶。神经系统缺失HtrA2/Omi会导致神经退行性变，非神经系统缺失HtrA2/Omi则导致衰老细胞积累和早衰的发生。既往研究显示，HtrA2/Omi的缺失或过表达均可增加细胞对应激的敏感性，提示HtrA2/Omi可能是一个需要精细调控的应激下细胞命运决定因子，然而HtrA2/Omi是如何决定了细胞存活和细胞死亡的具体机制还不清楚。本项目中，我们利用可诱导表达的Tet-on系统来模拟应激时HtrA2/Omi的上调，研究HtrA2/Omi上调对同种细胞的年轻细胞和衰老细胞的影响。我们发现HtrA2/Omi在年轻细胞和衰老细胞中发挥了截然相反的作用——在年轻细胞中HtrA2/Omi上调增强了细胞对应激的抵抗，在衰老细胞中则促进了细胞死亡。我们发现至少两套机制调控了上述过程：一套机制依赖于HtrA2/Omi蛋白酶活性和线粒体定位，年轻细胞中的HtrA2/Omi抑制了应激下线粒体氧化性自由基产生和细胞色素c释放，在衰老细胞中则由于线粒体损伤导致HtrA2/Omi释放到胞质，不能发挥线粒体保护作用，反而促进了细胞死亡；另一套机制不依赖于HtrA2/Omi的蛋白酶活性，而是通过其C末端PDZ结构域来调控p53信号——野生型和酶活失活型的HtrA2/Omi均能抑制p53，而G399S和ΔPDZ突变则激活p53。转录组测序也显示野生型HtrA2/Omi抑制了p53靶基因的表达而G399S和ΔPDZ突变则激活了p53靶基因。之前研究报道p53能够在转录和翻译后修饰水平激活HtrA2/Omi，结合本项目的发现，我们认为年轻细胞中p53和HtrA2/Omi之间可能存在负反馈调控，该调控抑制了应激下p53信号的过度激活，增强了细胞的应激抗性，而G399S和ΔPDZ突变则破坏了这样一种反馈调控，增加了应激下的细胞敏感性。和细胞实验相类似，腺相关病毒介导的HtrA2/Omi过表达减少了老年小鼠体内的衰老细胞积累，提示HtrA2/Omi可能是一个潜在的清除衰老细胞靶点。综上，我们的数据揭示了HtrA2/Omi作为一个细胞存活或死亡的因子，受到多种机制的调控，对这些机制的进一步研究可能启发新的衰老细胞清除药物和新的神经退行性疾病疗法。