新研究發(fā)現(xiàn)核酸結(jié)合蛋白在衰老進程中的重要作用

衰老是一個自然過程，會導(dǎo)致大多數(shù)細胞成分發(fā)生變化，損害多種細胞過程，特別是核酸的轉(zhuǎn)錄和翻譯，進而造成器官生理功能下降。預(yù)期壽命通常受到許多基因-蛋白質(zhì)相互作用的影響。在真核生物中，染色質(zhì)（包括包裝DNA的組蛋白分子）通過促進分別與轉(zhuǎn)錄激活或抑制相關(guān)的“開放”或“封閉”狀態(tài)，從而對基因產(chǎn)物的表達方式進行調(diào)節(jié)；核糖體復(fù)合物（包括RNA和RNA結(jié)合蛋白）則可以通過調(diào)控蛋白合成速率調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)。盡管在理解核酸結(jié)合蛋白的重要作用方面已經(jīng)取得了進步，但核酸結(jié)合蛋白在衰老進程中的動態(tài)變化及其參與的功能仍不清楚。因此，在蛋白質(zhì)組水平分析核酸結(jié)合蛋白如何隨衰老進程發(fā)生變化具有重要的生物學(xué)意義。

近日，國際蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《分子與細胞蛋白質(zhì)組學(xué)》（Molecular & Cellular Proteomics）在線發(fā)表了上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院肖華課題組的研究論文《小鼠免疫器官中核酸結(jié)合蛋白質(zhì)組解析揭示衰老進程中的樞紐蛋白》（Deciphering nucleic acid binding proteome of mouse immune organs reveals hub proteins for aging）。該研究論文借助單細胞分散技術(shù)和固定化金屬離子親和色譜富集技術(shù)，建立了針對組織細胞中核酸結(jié)合蛋白（NABPs）的富集策略，結(jié)合定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析和加權(quán)基因共表達網(wǎng)絡(luò)分析，揭示了在小鼠免疫器官中與衰老相關(guān)的核酸結(jié)合蛋白。研究結(jié)果表明，核酸結(jié)合蛋白在衰老進程中發(fā)揮著關(guān)鍵調(diào)控作用，可以作為衰老研究的新途徑。上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士研究生王惠雨、藥學(xué)院張巖副教授為論文的共同**作者，生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院肖華教授為論文的通訊作者。

小鼠是生物醫(yī)學(xué)研究中最常用的實驗動物，是研究人類健康和疾病的重要模型。小鼠的壽命相對較短，成年小鼠一個月相當(dāng)于人類大約三年，這允許最長壽命研究在研究項目的時間內(nèi)進行，同時可以控制影響衰老的環(huán)境因素。我們選取1周齡和4周齡的小鼠代表小鼠幼年期，12周齡和24周齡小鼠代表小鼠青年期，48周齡和72周齡小鼠代表小鼠老年期，從而構(gòu)建同源小鼠衰老模型。然而，從組織中提取核酸結(jié)合蛋白面臨組織細胞中核酸-蛋白交聯(lián)效率低、高豐度血漿蛋白干擾嚴(yán)重等挑戰(zhàn)。為此，研究人員建立了組織水平核酸結(jié)合蛋白富集的新策略。首先，通過機械解離和膠原酶消化相結(jié)合的方式，從小鼠器官組織中獲得單細胞分散的活細胞；隨后，進行紅細胞裂解，有效地去除高豐度血漿蛋白；接著，采用課題組前期發(fā)展的核酸結(jié)合蛋白高效富集策略，捕獲小鼠不同器官組織（腎臟、肺臟、脾臟和胸腺）細胞中的核酸結(jié)合蛋白；最后，通過蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)進行核酸結(jié)合蛋白的定性和定量分析。研究結(jié)果表明，該策略對組織細胞中核酸結(jié)合蛋白的富集選擇性達到了70-90%。通過對不同年齡階段小鼠脾臟和胸腺中NABPs表達水平的比較分析，研究人員發(fā)現(xiàn)了胸腺和脾臟各自獨特的衰老特征。在小鼠脾臟組織中，參與維持免疫和防御活動功能的NABPs結(jié)合活性從青年期到老年期無明顯變化，這與脾臟具有先天再生能力并能夠持續(xù)保持其表型有關(guān)。然而，在小鼠胸腺組織中，眾多NABPs隨著小鼠年齡的增長呈現(xiàn)動態(tài)變化，這些NABPs主要參與免疫系統(tǒng)調(diào)控、免疫細胞活性維持、癌癥調(diào)控等功能。為了更深入地理解衰老與失調(diào)NABPs 之間的關(guān)系，研究人員對蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)進行了加權(quán)基因共表達網(wǎng)絡(luò)分析（WGCNA），揭示了一組調(diào)控衰老進程的樞紐NABPs，并初步驗證了其中10個樞紐NABPs，為研究衰老進程及其相關(guān)機制提供了重要線索。

該研究得到了上海市自然科學(xué)基金等項目支持。

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