Progerin/PrelaminA诱发早老症的蛋白质组学研究

Hutchinson-Gilford progeria syndrome (HGPS) is an incurable laminopathy disease caused by the LMNA gene mutation, but how its product progerin initiates premature aging is still unknown. Depleting Zmpste24 in mice leads to the accumulation of Prelamin A and recapitulates many progeroid features found in HGPS patients. Our previous study indicated that LaminA/Progerin/PrelaminA exhibit the distinct protein-binding capacities. As a result, several nuclear proteins are dysregulated in their protein levels, modifications and functions in progeriod cells. Based on the qualitative differential proteomics techniques, the aim of this study is to find out the proteins which are dramatically altered during Zmpste24-/- cell senescence under the cellular and subcellular levels, and to investigate the protein-protein interaction networks of LaminA/Progerin/PrelaminA. Finally we propose to construct the progeria-related network according to bioinformatics analysis. These studies will uncover the orignial inducers of premature aging and extend the understanding of HGPS, suggesting more potential therapeutic strategies for aging-related diseases and also providing evidences for anti-aging.

儿童早老症HGPS是由LMNA基因突变造成的，其产物早老素(Progerin)如何引发早衰还不清楚，而且至今没有治疗办法。小鼠中敲除Zmpste24引起LaminA前体(PrelaminA)的累积，出现类HGPS症状。我们前期研究发现，LaminA和Progerin/PrelaminA与底物蛋白亲和力呈现显著性差异，导致细胞核内一些重要蛋白的水平、修饰和功能上发生明显改变。本项目将通过差异蛋白质学技术，从细胞和亚细胞两个层面系统研究Zmpste24-/-细胞老化的差异蛋白。利用稳转LaminA/Progerin/PrelaminA的LaminA-/-细胞系，研究三种蛋白的相互作用蛋白组的差异。最后通过生物信息学分析，构建早老相关的蛋白信号网络。本项目预期成果将从根源上揭示早老症的可能诱因；对正常衰老的机制探究起到重要推动作用；为研发抗衰老和衰老相关疾病的药物靶标提供新思路。

衰老威胁人类的身心健康，是代谢病、肿瘤等疾病的根源。罕见基因病-HGPS儿童早老症（Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome）是由核纤层LMNA基因异常剪接产生早老素蛋白所致。目前没有一项有效的治疗方法。金属蛋白酶Zmpste 24基因敲除小鼠是典型的类早衰小鼠模型，是研究衰老机制及衰老相关疾病的工具鼠。在本项目的资助下，我们开展关于早老和衰老的分子机制研究，并取得相关重要研究成果。.通过大数据筛选和细胞生化实验，我们发现DNA损伤修复网络缺陷是衰老和早老的重要表征，其中DNA损伤感应器-ATM激酶的缺失致使DNA损伤累积，加速细胞衰老；低剂量氯喹能够激活ATM活性，加快细胞清除累积的DNA损伤，减缓Zmpste 24-/-细胞早老和复制性衰老。进一步机制探索发现ATM与长寿蛋白-SIRT6存在直接相互作用，ATM磷酸化SIRT6，从而稳定SIRT6蛋白。长期喂食氯喹可明显增加Zmpste 24-/-小鼠组织细胞中SIRT6蛋白水平，改善糖代谢，延长早老小鼠个体寿命。而且氯喹显著延长了线虫的寿命，但对atm-1缺失型线虫没有作用。.因此，本课题揭示了ATM核心调控的DNA损伤修复网络与Zmpste 24-/-小鼠早老和个体衰老的关联性；阐明了ATM调控长寿蛋白SIRT6的分子机制；重要的是，我们发现低剂量氯喹可改善Zmpste 24-/-小鼠葡萄糖代谢，延长小鼠个体寿命。该研究成果将为人类早老HGPS罕见病提供了一种潜在的干预手段。