利用全基因组CRISPR/Cas9筛选发现延缓人类衰老的新基因

One of the fundamental causes of organ aging is alteration of gene expression profiling. Therefore, it is vital to uncover new aging-associated gene and illustrate the molecular network regulating aging process. In the last few decades, many aging associated genes have been identified based on animal models of aging and Genome-Wide Association Studies of human cohort. However, it is still needed great effort to identify the uncharacterized genes involved in aging at genome-wide scale. Using CRISPR-Cas9 and guide RNA (sgRNA) library, we plan to perform global gain/loss-of-function screen to identify novel aging-promoting and geroprotective genes. Our initial experiment has discovered RPL22 as novel aging promoting genes, which indicates that our study will systematically identify senescence-essential genes, and provide interventional target to delay aging process.

组织器官退行和衰老的根本原因之一是基因表达网络的改变。因此，鉴定新型的组织器官衰老相关基因，绘制衰老的分子网络机制至关重要。基于模式生物和人群队列的研究已经逐一挖掘出一些重要的衰老基因和长寿基因。但是这些基因很可能仅代表了衰老调控网络中的冰山一角。为探索基因组中未知的衰老基因，申请人拟利用人类早衰症干细胞模型，结合CRISPR/Cas9和指导RNA（sgRNA）文库介导的全基因组基因编辑技术和高通量测序技术对人类干细胞衰老调节基因进行系统的筛选、深入的验证和机理分析。申请人的前期实验通过全基因组基因敲除的筛选，已经初步发现RPL22等多个新型的衰老调控基因，为建立全面系统的衰老调控网络，发现和研究衰老调控的新节点和新靶标奠定了基础。

深入了解细胞衰老的遗传和表观遗传基础有助于发展干预措施来减缓衰老。我们在两种加速衰老的人类间充质前体细胞（hMPCs）中进行了基于CRISPR-Cas9的全基因组筛选。hMPCs来源于携带致病性突变的人类胚胎干细胞（hESC），这些突变可导致成人早衰症（WS）和儿童早衰症（HGPS）表型。在基因敲除的细胞中筛选能够延缓细胞的基因，发现KAT7在两种早衰型hMPC模型中排名最高。KAT7是一种组蛋白乙酰转移酶，失活后可以降低组蛋白H3赖氨酸14乙酰化，抑制p15INK4b转录，延缓hMPC衰老。此外，通过静脉注射编码Cas9/sg-Kat7的慢病毒载体，可以减轻生理衰老小鼠的肝细胞衰老和肝脏衰老，延长生理性衰老小鼠和早衰症Zmpste24-/-小鼠的寿命。研究表明，基于CRISPR-Cas9的基因筛选是一种系统地发现衰老基因（如KAT7）的有效方法，KAT7可能是衰老干预的潜在治疗靶点。