NIBS董夢秋研究組解析衰老機制

　　北京生命科學研究所董夢秋研究組致力于衰老過程及其調控機制等方面的研究(專訪董夢秋：學科交融，思想交融的結晶)，近期其研究組與其他研究組合作接連發表文章，分別解析了秀麗線蟲衰老有關的兩個蛋白：PUD-1 和 PUD-2的生物學功能，以及鈣離子/鈣調素依賴性蛋白激酶II(CAMKII)和蛋白磷酸酶Calcineurin與壽命調控之間的關聯。

　　在第一篇文章中，研究人員與和葉克窮實驗室合作，針對長壽的daf-2突變體線蟲中表達量增加最為顯著的兩個蛋白的生物學功能，展開了系統性研究。

　　秀麗線蟲的daf-2基因編碼人胰島素受體的同源蛋白。daf-2突變體線蟲的長壽表型早在二十年前就被發現，并由此觸發了對衰老的分子遺傳學的研究 (Kenyon et al. 1993)。daf-2突變體延緩衰老的機理一直是該領域的核心問題，至今仍然缺乏細致充分的闡述。2007年的一項定量蛋白質組學研究發現，相比于野生型，daf-2突變體中豐度增加最為顯著的兩個蛋白同屬于一個功能完全未知的基因家族(Dong et al.， 2007)。這兩個蛋白被命名為PUD-1 和 PUD-2，該基因家族也因此被稱為PUD家族。

　　為了了解PUD-1和PUD-2是否在衰老調節中發揮作用以及其具體的生物學功能，研究人員嘗試了幾乎所有能夠實施的研究手段，包括遺傳學、結構生物學、分析蛋白質相互作用和差異表達基因，最終沒有發現任何PUD基因家族參與調節線蟲壽命的證據。

　　意外地，研究人員發現缺失PUD基因家族的線蟲(敲除6個或全部8個基因拷貝)可以抵抗異源表達的阿爾茲海默癥淀粉樣β肽(Aβ1-42)引起的癱瘓表型。線蟲基因組編碼的六個PUD同源蛋白中，PUD-1和PUD-2在腸道和上皮細胞中有很高的表達水平，并形成一個異源二聚體。該二聚體的晶體結構(分辨率1.9)顯示，這兩個蛋白有著相似的β-sandwich折疊方式，以獨特的“面靠背”的方式形成了一個V型二聚體。其它四個同源蛋白(PUD- 3，PUD-4，PUDL-1和PUDL-2)的表達部位不同于PUD-1和PUD-2，并且僅以單體形式存在。

　　另外一篇文章中，研究人員與中科院生物物理所袁增強實驗室合作，發現除了經典的胰島素信號傳導通路，鈣離子/鈣調素依賴性蛋白激酶II(CAMKII)和蛋白磷酸酶Calcineurin也參與調控秀麗線蟲的壽命，并且也通過FOXO家族轉錄因子DAF-16起作用。

　　雖然CAMKII和胰島素信號通路中的AKT-1、AKT-2激酶都直接磷酸化DAF-16，但它們的磷酸化位點不同、引起的效應截然相反。 AKT-1和AKT-2介導的磷酸化抑制DAF-16，使其滯留在細胞質中，不能進入細胞核啟動“延年益壽”的基因表達程序。CAMKII磷酸化DAF- 16第286位的絲氨酸 (S286)，促進DAF-16在細胞核內的定位、增強DAF-16的轉錄活性。Calcineurin則與CAMKII相拮抗，特異性去除S286的磷酸化修飾。所以，CAMKII持續激活的突變體線蟲、胰島素信號通路部分失活(導致AKT激酶活性降低)的突變體和Calcineurin缺失的突變體都比野生型長壽。

　　此外，CAMKII介導了包括饑餓、熱脅迫以及氧化脅迫在內的一系列環境因素對DAF-16的調控。CAMKII和Calcineurin通過響應外部信號來調整DAF-16轉錄活性的方式是對胰島素信號通路內分泌調節機制的補充。兩者相互協調，以胰島素信號為主，CAMKII和 Calcineurin為輔，通過DAF-16整合信號，共同調節線蟲的壽命。

　　研究人員還發現CAMKII和Calcineurin對FOXO的調控機制在進化上高度保守。在哺乳動物細胞中，CAMKIIA和 Calcineurin通過FOXO3的特定位點(小鼠FOXO3第298位的絲氨酸，對應于DAF-16的S286位點)的磷酸化和去磷酸化來調節 FOXO3的轉錄活性。糖尿病和其它一些衰老相關的疾病的發生可能與CAMKII和Calcineurin對FOXO3的調控失常有關。