组蛋白H1.2及其甲基化修饰通过调控细胞衰老影响糖尿病视网膜病变的分子机制研究

Diabetic retinopathy (DR) is one of the most common microangiopathys in diabetes, which seriously threatens their visual function. Recent studies found that cell senescence happened in the diabetic retinas. However, how diabetes cause cell senescence and whether cell senescence contributes to the development of DR is not clear. Our preliminary work found that H1.2 and its lysine-methylation are increased in the diabetic retinas. Overexpression/knockdown of H1.2 regulate cell senescence both in vivo and in vitro. Moreover, high glucose treatment weakens the interaction between H1.2 and Nucleolin, and promotes the accumulation of p53. Therefore, we hypothesize that high glucose promotes H1.2 methylation, then regulates p53-mediated cell senescence and eventually contributes to the development of DR. We will investigate the regulatory mechanism of H1.2 and its methylation in the development of diabetic retinopathy through cell senescence, by using AAV-mediated genes overexpression/knockdown and drug treatment on type 1 diabetic mice and retinal cells. This project may provide new perspectives of DR development and potential new drug-treatment targets.

糖尿病视网膜病变（Diabetic Retinopathy，DR）是糖尿病患者常见的微血管病变之一，严重威胁患者视觉功能。目前研究发现DR中有细胞衰老的发生，然而对于糖尿病如何引起细胞衰老及细胞衰老是否参与DR的发生发展并不清楚。申请人前期结果发现在DR中组蛋白H1.2及其赖氨酸甲基化修饰显著性上调。体内外过表达/敲低H1.2均能调控视网膜细胞衰老。高糖刺激减弱H1.2与Nucleolin相互作用并促进p53积累。据此提出“高糖刺激促进H1.2甲基化修饰，调控p53介导的细胞衰老，进而促进DR的发生发展”的假说。申请人拟采用1型糖尿病小鼠及视网膜细胞为研究对象，通过玻璃体注射AAV病毒介导的视网膜基因过表达和敲低及药物刺激等实验，研究H1.2及其甲基化修饰调控细胞衰老及DR的分子机制，探索治疗DR的潜在药物。本项目有望对DR分子机制提供新的理论基础，为缓解和治疗DR提供潜在的药物靶点。

线粒体是细胞中的重要细胞器，其质量及稳态受多种信号通路调控。细胞自噬可以通过清楚功能受损线粒体，从而维持线粒体质量。同时线粒体蛋白也对细胞自噬有调控作用。细胞衰老是细胞受到外界有害刺激时发生的应急状态之一。线粒体异常、DNA损伤及细胞自噬等都参与细胞衰老的发生发展中。本项目主要围绕线粒体/线粒体蛋白、细胞自噬、DNA损伤及细胞衰老开展研究，通过线粒体蛋白ENDOG及小分子银杏酸，为细胞自噬及衰老的研究提供新的理论基础。线粒体核酸内切酶ENDOG是由核基因编码，主要定位于线粒体膜间隙，少量存在于细胞质和细胞核的蛋白质。研究报道ENDOG在细胞凋亡、细胞增殖、DNA重组以及应对氧化应激过程中起到重要作用；也参与了多种疾病的发生发展，如帕金森症、心肌肥大等。前期研究发现，在秀丽隐杆线虫受精后父系线粒体中的ENDOG会从线粒体膜间隙释放到线粒体基质中，并介导父系线粒体DNA的降解，最终通过母系自噬溶酶体及蛋白酶体降解途径来清除父系线粒体，系统的解释了父系线粒体进入卵细胞后被选择性清除的分子机制。然而ENDOG是否参与细胞自噬及其具体分子机制并不清楚。本项目主要研究ENDOG及天然化合物银杏酸对细胞自噬、线粒体功能调控的具体分子机制。主要研究结果是：①发现ENDOG在人源细胞、小鼠、果蝇及线虫等多物种中均能促进细胞自噬；②分子机制是ENDOG通过竞争性与14-3-3g结合，从而将TSC2解离，抑制mTOR信号通路，从而促进细胞自噬的发生；③ENDOG通过其核酸酶活性激活DNA损伤，进而促进细胞自噬的发生；④银杏酸通过促进FUNCD1介导的线粒体自噬，同时通过PGC1a介导的线粒体生物合成，最终调控线粒体质量及功能。本研究的主要科学意义是解释了ENDOG 调控细胞自噬及银杏酸抑制细胞衰老的具体分子机制，为维持线粒体内稳态和抗衰老提供潜在的药物和作用靶点，具有重要意义。