探寻细胞生命的“年轻因子”

在对生命来历的梦想中，人们总是前往诡秘的地方讨论“不老泉”，而事实上，生命不老的申报或许在它最小的单位中——

3月26日，我国科学家首次断定出使苍老间充质干细胞重获生气希望的“年老因子”——多梳卵白4（CBX4），并对其恪守进行了验证，相关钻研造诣发布于《细胞报道》上。

几天后的4月1日，《群众科学图书馆·生物学》公布了抗衡科学家团队的另一个全新发明，首次在人间充质干细胞中建设了“年老通路”——YAP-FOXD1，并证实该通路的激活可加剧细胞苍老及骨枢纽关头炎。

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

“该钻研提示了YAP-FOXD1通路在人干细胞去朽迈及骨枢纽关头炎基因医治中的作用与份子机制。”论文通讯作者之一、中国科学院生物物理钻研所钻研员刘光慧简介，钻研由中科院生物物理所刘光慧钻研组同北京大学汤富酬钻研组、中科院植物所曲静研究组协作完成，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，证实了YAP-FOXD1通路的存在，并通详尽胞与植物水准的实考证明了它的功能。

为癌基因“正名” YAP卵白充当“年轻因子”

YAP-FOXD1通路中最先撞入科学家视野的是YAP蛋白。网上搜寻YAP蛋亮的“简历”，可以创造，与它相关最亲昵的是一条被业内称为“河马通路”的Hippo信号通路。

“河马通路”的上游一旦接管到按捺成长的信号，经由一系列激酶磷酸化反馈后，最终以磷酸化的模式感召于卑劣效应因子YAP卵白，决定YAP蛋明的磷酸化与否。

如果不被磷酸化，不有磷酸化基团“尾巴”的株连，YAP便能够随便进入细胞核，进入基因调控的大本营。这时YAP表演的是“传令官”，它在大本营里的涌现引来基因的生动，它会选择与本人的靶基因汇集，“传令上去”，煽惑靶基因疏解出相应的RNA与蛋白质，从而影响细胞的生命活动。

“咱们首先找到了YAP，它是一个屈就熟识的转录扶直激活因子。”刘光慧说，在细胞核里YAP可以与它的转录因子“同伴”TEAD紧凑，一同激活雅致靶基因的转录。

YAP如果带上了磷酸化基团的“尾巴”，就会被阻滞留在细胞质中，YAP没法到细胞核中“传令”，卑劣基因的转录抒发遭到压制，细胞增殖也会受到压迫。

有报导指出，如果YAP发展频繁“传令”、不受节制，将会让细胞无尽制增殖，进而可能引发肿瘤，是以被认为是一种“癌基因”。

YAP的本色给了研究团队两个任务：一是从效用上证实，它的具有与否可否与细胞的“年迈态”相关；二是它如何把“命令”传递下去进而调控违抗基因的遵命呢？它的“接令员”是谁，此前有无被其它科学家找到呢？

为回应第一个题目，团队从正反两个角度进行考证。“咱们通过CRISPR/Cas9介导的基因编辑技能，发明了一系列可以延缓人类间充质干细胞朽迈的蛋白。这些卵白敲除后细胞会呈现加快衰老的表型。”论文第一作者、中国科学院生物物理研究所博士生付丽娜说，基因敲除的任务入手下手于人胚胎干细胞，通过导入3种不同质粒，研讨团队让人干细胞基因组中禁受编码YAP蛋明的那段基因发生缺失。

“敲除的基因组DNA或者是几千个碱基，尽管敲除几个碱基也可能使得YAP因子失去功用，但是很可能导致新的异常蛋亮的发作，从而引入无法破除的成份。”付丽娜说。团队必须确保YAP基因的纯粹缄默沉静。为此，他们对CRISPR/Cas9基因编纂妙技发展了改进，使其能够对宏壮的YAP基因位点发展较大片断的删除。

操纵CRISPR/Cas9基因编纂武艺，团队获取了YAP奇幻性敲除的人胚胎干细胞，通过定向分解武艺，将人胚胎干细胞定向威胁潮解为间充质干细胞。“YAP缺乏的人世充质干细胞闪现出严重的放慢朽迈表型。”刘光慧说，YAP在维持人成体干细胞年轻态中发扬着症结浸染，虽然YAP在某些肿瘤细胞中被证实具有“癌基因”的屈就，但在人间充质细胞中却扮演着“年迈因子”的脚色。

全新的“两点一线” 找到YAP卵白“铁杆同伴”与“接令员”

YAP通过与转录因子TEAD的相互劝化来发动上游基因的转录，也即是说TEAD和YAP是“铁杆伙伴”。此前钻研发明，YAP和TEAD通过YAP的N末端和TEAD的C结尾间互相作用形成卵白复合物，该蛋白复合物在YAP介导的细胞增殖中宏扬着症结性的感召。

团队的第二个任务是寻觅YAP的“接令员”。“我们要是YAP的某个或某些靶基因介导了人间充质干细胞年迈态的休养。”刘光慧说，“通过系列执行，我们缔造YAP可以转录激活FOXD1，这是一个新型的YAP靶基因，之前从未被报导过。”

叉头框（FOX）卵白家眷涵概50多个转录因子，在胚胎发育、细胞周期调控、糖类和脂类代谢、苍老休养等多种生物学历程中弘扬劝化。FOXD1是此中一个转录因子。付丽娜解释，早年有报导指出FOXD1能休养器官发育，并具有促进细胞增殖与细胞重编程的活性。

“咱们起首对YAP敲除的人间充质干细胞进行了RNA测序，进一步疏散转录因子荟萃元件的料想，我们推想FOXD1可能是YAP的一个新型靶基因。”付丽娜说，随后，为了验证揣摩，团队垄断染色质免疫沉淀（ChIP）方法“钓”出能够奇怪性地松散FOXD1发动子DNA的蛋白（即YAP），终极证实是FOXD1从YAP处接过“饬令”，封闭休养细胞“年轻化”的份子法度模范。

“YAP是上游，FOXD1是卑劣。它们是一对运气一路体。”刘光慧解释，跟着细胞苍老，YAP和FOXD1的诠释都发生了一致性下调。

或助力基因医治 将来可无效干与衰老相关疾病

从干细胞开航，发明机制机理，再回到细胞、生命体考据，“芳华之河”的发明必需在生物体中证实本人的“魔力”。

“我们在三种细胞衰老模型中证实了YAP-FOXD1通路的去苍老劝化，YAP或FOXD1的过告白能使衰老的人间充质干细胞从头失去增殖才能。”付丽娜说。另一方面，细胞履行的到底提示了过批注YAP或FOXD1可能使衰老的动物间充质机关（如关节）变得更加年老。

团队往后在植物身上实施了基因医治。“我们在小鼠体内证明了YAP或FOXD1蛋白的过注释作为骨关节炎基因治疗方案的可行性与有效性。”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枢纽关头炎的小鼠的枢纽关头腔内。数周的YAP或FOXD1基因医治均可显然飞腾枢纽关头软骨中衰老细胞的比例，无效压抑关节软骨退化及枢纽关头腔炎症，从多个方面改善骨枢纽关头炎的病理表型。

骨关节炎是榜样的与细胞苍老关系亲热的人类疾病。这些研讨毕竟均证实，通过基因导入干细胞“年轻因子”，有望在将来医治以骨枢纽关头炎为代表的苍老相关疾病。找对“不老泉眼”或者“芳华之河”，将为基因医治供给熟识的标靶，终极对朽迈相关疾病的干预干与供给无效的解决方案，并发展病例使用。（张佳星）