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Cell Res:中科院与北大联合揭示“长寿基因”SIRT6维持人干细胞活力机制

摘要 : 1月15日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Cell Research》在线发表了中国科学院生物物理研究所刘光慧实验室与北京大学汤富酬实验室及中科院动物研究所曲静实验室合作的研究论文。

1月15日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Cell Research》在线发表了中国科学院生物物理研究所刘光慧实验室与北京大学汤富酬实验室及中科院动物研究所曲静实验室合作题为SIRT6 safeguards human mesenchymal stem cells from oxidative stress by coactivating NRF2 的研究论文。该研究首次揭示了SIRT6协同转录因子NRF2,共同激活抗氧化基因的表达,参与人类干细胞稳态维持的新机制,为衰老和衰老相关疾病的研究和干预提供了新的潜在靶点和思路。研究工作由中科院生物物理所、北京大学、中科院动物所以及杭州师范大学等科研机构合作完成。生物物理所研究员刘光慧、北京大学研究员汤富酬及动物所研究员曲静为该论文的共同通讯作者。生物物理所博士研究生潘慧泽、博士后管娣和北京大学博士研究生刘晓萌为该文的并列第一作者。

SIRT6为Sirtuin家族蛋白的成员,是酵母Sir2蛋白在哺乳动物中的同源基因。早在1999年,研究者发现Sir2基因具有延长酿酒酵母寿命的作用,因此又被称为“长寿基因”。在哺乳动物中,SIRT6参与了衰老的调节以及寿命的调控。过量表达SIRT6能够延长雄性小鼠的寿命,而敲除SIRT6则会使小鼠表现出早衰的症状,且寿命缩短至只有约1个月。SIRT6缺失影响了DNA损伤修复和端粒稳定性,致使小鼠出现细胞和机体的稳态失衡及早衰。然而,由于缺乏有效的人类衰老研究体系,SIRT6能否调节及如何调节人类的组织细胞衰老尚不明确。

SIRT6缺失的小鼠表现出的骨质疏松和脊柱弯曲等异常提示了SIRT6在中胚层组织稳态维持中扮演着重要角色。干细胞的衰老或衰竭是机体衰老的重要特征。间充质干细胞存在于骨髓、脂肪、骨骼、肌肉、胰腺以及牙周等组织中,在中胚层组织的再生中发挥重要作用。间充质干细胞随年龄增长而出现的数目减少或功能紊乱被认为是骨质疏松、肌肉萎缩、血管退行、脂肪代谢紊乱等衰老性疾病的重要原因。因此,该研究旨在探索SIRT6在人类间充质干细胞衰老及稳态维持中的作用及机制。

在该项研究中,研究人员利用TALEN介导的基因编辑技术产生了SIRT6纯合性敲除的人间充质干细胞。SIRT6缺失的人间充质干细胞表现出加速衰老的特征,说明SIRT6是该细胞中抑制衰老的重要组分。但与小鼠不同的是,SIRT6在人间充质干细胞中的缺失并没有导致细胞核内遗传物质的损伤和基因组不稳定性。研究团队通过对可能影响细胞活力的小分子化合物库进行筛选,发现SIRT6敲除后的间充质干细胞对于氧化应激诱导的凋亡更为敏感。进一步研究发现SIRT6缺失显著降低人间充质干细胞的抗氧化能力,并引起胞内活性氧和DNA氧化产物的聚集。

RNA测序结果显示,受转录因子NRF2调控的一系列抗氧化基因在SIRT6缺失的间充质干细胞中均发生了不同程度的转录抑制。其中血红素加氧酶(HO-1)的转录沉默是人间充质干细胞抗氧化能力减弱和加速衰老的重要因素。该研究进一步揭示了SIRT6在人间充质干细胞中作为NRF2的辅助激活因子发挥作用。一方面,SIRT6在HO-1基因启动子区作为脚手架蛋白(Scaffold protein)帮助NRF2招募基础转录机器。另一方面,SIRT6催化H3K56去乙酰化,这在染色质水平使得NRF2转录复合物更加稳固。SIRT6与NRF2协同作用确保了人间充质干细胞中的抗氧化基因得以正常表达,并可据此有效对抗衰老过程所伴随的氧化应激。

该项研究为人类SIRT6的生物学功能研究提供了新视角。之前小鼠的研究显示SIRT6主要作为H3K9的去乙酰化酶而行使转录抑制作用。而该研究首次揭示在人间充质干细胞中,H3K9并非内源性SIRT6的有效底物,相反,SIRT6通过其特异的H3K56去乙酰化酶活性发挥对NRF2靶基因的转录激活作用。此外,该项研究首次揭示了SIRT6具有“抗氧化”的生物学活性,这对于深入理解SIRT6对衰老和寿命的调控及探索衰老相关疾病的干预具有重要意义。

图:SIRT6作为NRF2的辅助激活因子调节人间充质干细胞的氧化还原稳态(Pan et al. Cell Res.2016)。

原文链接:

SIRT6 safeguards human mesenchymal stem cells from oxidative stress by coactivating NRF2

原文摘要:

SIRT6 belongs to the mammalian homologs of Sir2 histone NAD+-dependent deacylase family. In rodents, SIRT6 deficiency leads to aging-associated degeneration of mesodermal tissues. It remains unknown whether human SIRT6 has a direct role in maintaining the homeostasis of mesodermal tissues. To this end, we generated SIRT6 knockout human mesenchymal stem cells (hMSCs) by targeted gene editing. SIRT6-deficient hMSCs exhibited accelerated functional decay, a feature distinct from typical premature cellular senescence. Rather than compromised chromosomal stability, SIRT6-null hMSCs were predominately characterized by dysregulated redox metabolism and increased sensitivity to the oxidative stress. In addition, we found SIRT6 in a protein complex with both nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (NRF2) and RNA polymerase II, which was required for the transactivation of NRF2-regulated antioxidant genes, including heme oxygenase 1 (HO-1). Overexpression of HO-1 in SIRT6-null hMSCs rescued premature cellular attrition. Our study uncovers a novel function of SIRT6 in maintaining hMSC homeostasis by serving as a NRF2 coactivator, which represents a new layer of regulation of oxidative stress-associated stem cell decay.

来源: Cell Research 浏览次数:0

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