探寻细胞生命的“年轻因子”

在对生命根源的胡想中，人们总是前往隐秘之处计议“不老泉”，而事实上，生命不老的秘要或许在它最小的单元中——

3月26日，我国科学家初次鉴定出使朽迈间充质干细胞重获生机的“年轻因子”——多梳蛋白4（CBX4），并对其依顺进行了考据，相关钻研成就发布于《细胞报导》上。

几天后的4月1日，《人民科学藏书楼·生物学》颁布了同一科学家团队的另一个全新发明，首次在人世充质干细胞中建设了“年迈通路”——YAP-FOXD1，并证实该通路的激活可加剧细胞衰老及骨关节炎。

如果说前者是科学家团队在干细胞中发现了“不老泉眼”，那末后者的研究则是“两点一线”地必然了细胞生命的“芳华之河”。

“该研究暗指了YAP-FOXD1通路在人干细胞去朽迈及骨关节炎基因治疗中的作用与分子机制。”论文通信作者之一、中国科学院生物物理研究所钻研员刘光慧引见，钻研由中科院生物物理所刘光慧研究组同北京大学汤富酬钻研组、中科院植物所曲静研究组单干实现，钻研团队历经五年的努力从纵横交错的细胞基因调控Internet中，证明了YAP-FOXD1通路的存在，并通过细胞和植物程度的实考证实了它的屈从。

为癌基因“正名” YAP卵白充任“年轻因子”

YAP-FOXD1通路中最先撞入科学家视线的是YAP蛋白。网上搜寻YAP蛋明的“简历”，可以创造，与它干系最亲热的是一条被业内喻为“河马通路”的Hippo信号通路。

“河马通路”的上游一旦接收到压抑生长的旌旗灯号，颠末一系列激酶磷酸化反应后，最终以磷酸化的内容作用于上游效应因子YAP蛋白，决议YAP蛋亮的磷酸化与否。

如果不被磷酸化，不有磷酸化基团“尾巴”的干连，YAP便能够轻易进入细胞核，进入基因调控的大本营。这时候YAP饰演的是“传令官”，它在大本营里的泛起引来基因的活跃，它会选择与自己的靶基因结合，“传令上来”，鼓舞靶基因剖明出响应的RNA与蛋白质，从而影响细胞的生命勾当。

“我们首先找到了YAP，它是一个遵从体味的转录扶助激活因子。”刘光慧说，在细胞核里YAP可以与它的转录因子“火伴”TEAD皋牢，一起激活粗鄙靶基因的转录。

YAP如果带上了磷酸化基团的“尾巴”，就会被障碍留在细胞质中，YAP没法到细胞核中“传令”，儒雅基因的转录评释遭到克制，细胞增殖也会遭到压抑。

有报道指出，如果YAP发展频繁“传令”、不受节制，将会让细胞无量制增殖，进而可能诱发肿瘤，因而被认为是一种“癌基因”。

YAP的特点给了研究团队两个任务：一是从恪守上证实，它的存在与否可否与细胞的“年轻态”相关；二是它如何把“命令”传送下去进而调控遵守基因的死守呢？它的“接令员”是谁，从前有无被其他科学家找到呢？

为回答第一个标题，团队从正反两个角度进行考证。“咱们通过CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术，发现了一系列可以延缓人类间充质干细胞苍老的卵白。这些蛋白敲除后细胞会呈现减速朽迈的表型。”论文第一作者、中国科学院生物物理钻研所博士生付丽娜说，基因敲除的任务最先于人胚胎干细胞，通过导入3种差别质粒，钻研团队让人干细胞基因组中经受编码YAP蛋亮的那段基因发生不敷。

“敲除的基因组DNA或许是几千个碱基，虽然敲除几个碱基也可能使得YAP因子失去违拗，但是极可能招致新的无比蛋亮的孕育发生，从而引入无法排除的成分。”付丽娜说。团队必需确保YAP基因的完全默然。为此，他们对CRISPR/Cas9基因编辑手艺进行了改善，使其能够对宏大的YAP基因位点进行较大片断的删除。

把持CRISPR/Cas9基因编纂技术手段，团队失掉了YAP奇怪性敲除的人胚胎干细胞，通过定向分解妙技，将人胚胎干细胞定向引诱潮解为间充质干细胞。“YAP缺失的人世充质干细胞显现出很有问题的加速苍老表型。”刘光慧说，YAP在维持人成体干细胞年轻态中弘扬着要害劝化，虽然YAP在某些肿瘤细胞中被证实具有“癌基因”的从命，但在人间充质细胞中却表演着“年轻因子”的角色。

全新的“两点一线” 找到YAP蛋白“铁杆搭档”和“接令员”

YAP通过与转录因子TEAD的彼此作用来创议鄙俚基因的转录，也即是说TEAD和YAP是“铁杆火伴”。此前研讨缔造，YAP和TEAD通过YAP的N最后和TEAD的C末了间相互浸染造成蛋白复合物，该蛋白复合物在YAP介导的细胞增殖中弘扬着关键性的感导。

团队的第二个任务是探究YAP的“接令员”。“我们若是YAP的某个或某些靶基因介导了人世充质干细胞年老态的调治。”刘光慧说，“通过系列实验，我们缔造YAP可以转录激活FOXD1，这是一个新型的YAP靶基因，畴昔从未被报道过。”

叉头框（FOX）蛋白家属搜聚50多个转录因子，在胚胎发育、细胞周期调控、糖类与脂类代谢、朽迈疗养等多种生物学过程中发扬浸染。FOXD1是此中一个转录因子。付丽娜解释，畴前有报导指出FOXD1能休养器官发育，并具有促进细胞增殖和细胞重编程的活性。

“咱们首先对YAP敲除的人世充质干细胞发展了RNA测序，进一步团圆转录因子扩散元件的预料，咱们料到FOXD1可能是YAP的一个新型靶基因。”付丽娜说，随后，为了考据揣测，团队把持染色质免疫积淀（ChIP）法子“钓”出能够奇怪性地云集FOXD1提议子DNA的卵白（即YAP），最终证明是FOXD1从YAP处接过“呼吁”，封锁调治细胞“年轻化”的分子挨次。

“YAP是上游，FOXD1是儒雅。它们是一对运气一起体。”刘光慧解释，跟着细胞衰老，YAP与FOXD1的评释都发生了一致性下调。

或助力基因医治 未来可有用干预干与衰老相关疾病

从干细胞登程，发现机制机理，再回到细胞、生命体考证，“青春之河”的发明必须在生物体中证实本人的“魔力”。

“咱们在三种细胞朽迈模子中证明了YAP-FOXD1通路的去苍老劝化，YAP或FOXD1的过抒发能使朽迈的人世充质干细胞从头获得增殖手腕。”付丽娜说。另一方面，细胞执行的结果提示了过批注YAP或FOXD1可能使朽迈的植物间充质构造（如枢纽关头）变得更为年迈。

团队此后在植物身上施行了基因医治。“我们在小鼠体内证明了YAP或FOXD1蛋亮的过注解作为骨关节炎基因治疗方案的可行性和有效性。”刘光慧说，团队以慢病毒载体为基因导入前言，将编码YAP或FOXD1蛋亮的慢病毒打针到患有骨关节炎的小鼠的枢纽关头腔内。数周的YAP或FOXD1基因医治都可显然低落枢纽关头软骨中苍老细胞的比例，有用克制关节软骨退化及枢纽关头腔炎症，从多个方面改善骨关节炎的病理表型。

骨枢纽关头炎是典型的与细胞苍老关系亲切的人类疾病。这些研究下场均证实，通过基因导入干细胞“年轻因子”，有望在未来医治以骨关节炎为代表的朽迈相关疾病。找对“不老泉眼”或者“芳华之河”，将为基因医治供给领略的标靶，终极对衰老相关疾病的过问供应无效的规画方案，并发展病例使用。（记者 张佳星）