组蛋白乙酰化修饰异常在衰老进程中的作用研究

DNA损伤累积、细胞衰老以及特定基因表达的改变是早老症和正常衰老的细胞生物学及分子生物学特征。我们先前工作提示Zmpste24-/-小鼠引起的lamin A异常早老症可能与染色质结构异常有关。利用免疫印迹与免疫荧光检测Zmpste24-/-小鼠细胞多种组蛋白的甲基化和乙酰化发现，在尚未出现衰老的Zmpste24-/-小鼠细胞中，除组蛋白H4乙酰化修饰下降外，其它组蛋白的修饰未见明显变化，表明组蛋白H4乙酰化修饰下降是prelamin A 堆积的直接结果和细胞早老的可能原因，而非细胞衰老的结果。本项目将深入研究lamin A异常如何影响组蛋白H4具体位点上的乙酰化修饰改变，同时观察组蛋白H4的乙酰化修饰下降是否存在于正常衰老进程中，进一步探讨组蛋白H4的乙酰化修饰在衰老进程中的分子机制。本项目将在国际上首次利用我们独有的早老症动物模型进行组蛋白乙酰化修饰异常的表观遗传调控在衰老中的作用研究。

研究表明无论是人类还是小鼠，Lamin A基因的许多特异性突变位点可导致衰老进程加速。特别是在G608G位点的点突变改变Lamin A的加工成熟过程，产生一种被称为早老蛋白的突变蛋白，引起早老综合征。Zmpste24是Lamin A成熟的必须加工酶，Zmpste24−/−小鼠产生的表型与早老综合征几乎是一致。我们前期的研究工作已报道了Zmpste24缺失导致基因不稳定和细胞早老是由于延迟招募修复蛋白到DNA损伤修复位点。在本研究项目中，我们深入研究了延迟DNA损伤应答的潜在分子机制。我们发现并确定在Zmpste24−/−小鼠体内组蛋白乙酰化水平是降低的。同时我们证明组蛋白H4赖氨酸16（H4K16）乙酰化修饰水平的降低是由于核基质中组蛋白乙酰转移酶 Mof减少。并且，体内和体外实验均证明通过Mof的过表达或者去乙酰化酶抑制剂可促进修复蛋白招募到DNA损伤位点，从而逆转改善衰老相关表型。最后，在Zmpste24−/−小鼠的饮水中加入去乙酰化酶抑制剂丁酸钠能显著延长小鼠寿命。已知在生理状态下，未能完整加工成熟的Lamin A的量随着年龄的增长而增加，年老的野生型小鼠同样表现出H4K16的乙酰化水平的降低。本项目的研究结果进一步揭示了染色质修饰变化参与调节DNA损伤修复过程，提示运用逆转表观遗传学过程措施，可能成为治疗核纤层病这一早老病症最新有效方法。