核酸结合蛋白在衰老进程中的重要作用

　　

衰老是一个自然过程，会导致大多数细胞成分发生变化，损害多种细胞过程，特别是核酸的转录和翻译，进而造成器官生理功能下降。预期寿命通常受到许多基因-蛋白质相互作用的影响。在真核生物中，染色质（包括包装DNA的组蛋白分子）通过促进分别与转录激活或抑制相关的“开放”或“封闭”状态，从而对基因产物的表达方式进行调节；核糖体复合物（包括RNA和RNA结合蛋白）则可以通过调控蛋白合成速率调节蛋白质稳态。尽管在理解核酸结合蛋白的重要作用方面已经取得了进步，但核酸结合蛋白在衰老进程中的动态变化及其参与的功能仍不清楚。因此，在蛋白质组水平分析核酸结合蛋白如何随衰老进程发生变化具有重要的生物学意义。

近日，国际蛋白质组学领域权威期刊《分子与细胞蛋白质组学》（Molecular & Cellular Proteomics）在线发表了上海交通大学生命科学技术学院肖华课题组的研究论文《小鼠免疫器官中核酸结合蛋白质组解析揭示衰老进程中的枢纽蛋白》（Deciphering nucleic acid binding proteome of mouse immune organs reveals hub proteins for aging）。该研究论文借助单细胞分散技术和固定化金属离子亲和色谱富集技术，建立了针对组织细胞中核酸结合蛋白（NABPs）的富集策略，结合定量蛋白质组学分析和加权基因共表达网络分析，揭示了在小鼠免疫器官中与衰老相关的核酸结合蛋白。研究结果表明，核酸结合蛋白在衰老进程中发挥着关键调控作用，可以作为衰老研究的新途径。上海交通大学生命科学技术学院博士研究生王惠雨、药学院张岩副教授为论文的共同第一作者，生命科学技术学院肖华教授为论文的通讯作者。

小鼠是生物医学研究中最常用的实验动物，是研究人类健康和疾病的重要模型。小鼠的寿命相对较短，成年小鼠一个月相当于人类大约三年，这允许最长寿命研究在研究项目的时间内进行，同时可以控制影响衰老的环境因素。我们选取1周龄和4周龄的小鼠代表小鼠幼年期，12周龄和24周龄小鼠代表小鼠青年期，48周龄和72周龄小鼠代表小鼠老年期，从而构建同源小鼠衰老模型。然而，从组织中提取核酸结合蛋白面临组织细胞中核酸-蛋白交联效率低、高丰度血浆蛋白干扰严重等挑战。为此，研究人员建立了组织水平核酸结合蛋白富集的新策略。首先，通过机械解离和胶原酶消化相结合的方式，从小鼠器官组织中获得单细胞分散的活细胞；随后，进行红细胞裂解，有效地去除高丰度血浆蛋白；接着，采用课题组前期发展的核酸结合蛋白高效富集策略，捕获小鼠不同器官组织（肾脏、肺脏、脾脏和胸腺）细胞中的核酸结合蛋白；最后，通过蛋白质组学技术进行核酸结合蛋白的定性和定量分析。研究结果表明，该策略对组织细胞中核酸结合蛋白的富集选择性达到了70-90%。

图1. 小鼠组织中核酸结合蛋白分离分析流程

图2. 不同年龄阶段小鼠脾脏和胸腺中NABPs表达分析

图3. 小鼠脾脏和胸腺调节衰老的枢纽核酸结合蛋白

通过对不同年龄阶段小鼠脾脏和胸腺中NABPs表达水平的比较分析，研究人员发现了胸腺和脾脏各自独特的衰老特征。在小鼠脾脏组织中，参与维持免疫和防御活动功能的NABPs结合活性从青年期到老年期无明显变化，这与脾脏具有先天再生能力并能够持续保持其表型有关。然而，在小鼠胸腺组织中，众多NABPs随着小鼠年龄的增长呈现动态变化，这些NABPs主要参与免疫系统调控、免疫细胞活性维持、癌症调控等功能。为了更深入地理解衰老与失调NABPs 之间的关系，研究人员对蛋白质组学数据进行了加权基因共表达网络分析（WGCNA），揭示了一组调控衰老进程的枢纽NABPs，并初步验证了其中10个枢纽NABPs，为研究衰老进程及其相关机制提供了重要线索。

该研究得到了上海市自然科学基金等项目支持。

论文链接：

https://www.mcponline.org/article/S1535-9476(23)00122-6/fulltext

作者：

生命科学技术学院

供稿单位：

生命科学技术学院