Maf1在卡路里限制延缓衰老中的作用及其机制研究

Aging is the major factor for various age-related diseases, including diabetes and neurodegenerative disease such as Alzheimer's Disease. Calorie restriction or CR is the only intervention that can delay aging in higher mammals. However, mechanistically,very little has been known to date. In the past few years, studies in many biological models ranging from yeast to mice showed that the target of rapamycin, TOR, is the central regulator of CR. Interestingly, most TOR related proteins are also implicated in longevity. In my recent studies, I found that yeast Maf1 is a novel effector of TOR and is phosphorylated directly by TOR. Therefore, I hypothesize that Maf1 may be involved in regulating longevity. My preliminary data showed that yeast cells lack of Maf1 significantly attenuated the longevity effect caused by CR, demonstrating that Maf1 is required for this process. In this proposal, I will investigate 1) whether overexpressing Maf1 is sufficient to extend lifespan; 2) Since Maf1 regulates tRNA synthesis, which tRNA could play an important role in longevity; 3) whether Maf1 regulate lifespan extension through mitochondrial functions; 4) whether Maf1 affects various age-related diseases by using the C. elegans model.

衰老是导致多种老年病包括糖尿病、脑神经衰退疾病如阿兹海默等的关键因素。卡路里限制(CR)是唯一可以在高等哺乳动物中实现延缓衰老并降低老年病的方法, 但我们对其机理所知甚少。过去几年在多种生物模型包括酿酒酵母以至小鼠中的研究表明，雷帕霉素靶蛋白TOR是CR的核心调控分子。有意思的是，与TOR相关的蛋白，大都参与调控寿命。而我们在最近的研究中发现，Maf1是TOR的新的效应分子，被TOR直接磷酸化而失活。因此，我们推断Maf1很可能调控CR所致的长寿效应。初步实验表明，缺失Maf1的酵母严重减低CR所致的长寿效应，暗示Maf1为长寿所必需。在这份研究计划中，我们将1）高表达Maf1看是否可以延长寿命; 2）Maf1是调控tRNA的重要分子，哪些tRNA在长寿中起重要作用；3）探索Maf1是否通过调控线粒体形态及功能获得长寿；4）在线虫模型中研究Maf1对多种老年病发生的影响。

衰老是导致多种老年病，如癌症，糖尿病的关键因素。卡路里限制(CR)是唯一可以在高等哺乳动物中实现延缓衰老并降低老年病的方法,但我们对其机理所知甚少。对其机理的研究将有助于开发药物，从新的角度治疗老年疾病。过去几年在多种生物模型包括酿酒酵母以至小鼠中的研究表明，雷帕霉素靶蛋白TOR是CR的核心调控分子。我们过去的研究结果发现了TOR的新的效应分子Maf1，其受TOR磷酸化而失活。在该课题中，我们首次发现了Maf1介导TOR调控CR的长寿效应，并进一步研究了其调控寿命和应激反应的机理。实验设计和结果已发表为4篇Sci论文， 1个国际会议报告。具体结果如下：（1）证实了酵母Maf1调控CR长寿效应。通过使用0.2%葡萄糖，tor1和sch9基因敲除细胞作为CR的模型， 我们发现Maf1缺失一直CR延长寿命。（2）发现了调控CR的新机理。在进一步研究中，我们发现CR通过与PKA共同调控MAF1蛋白稳定性从而延长寿命。过去认为PKA磷酸化Maf1，该研究提供充足证据证明PKA在CR下并非调控磷酸化，而是其蛋白稳定性。同样的，Maf1介到CR调控应激反应以及寿命，却不调节生长，提供了生长和寿命不相关联的新证据。（3）发现了Maf1调控线粒体功能。Maf1分子水平上为调控tRNA的转录因子，但是其在生理水平上的功能仍不清楚。已知CR可以增强线粒体融合，该研究发现Maf1缺失致使线粒体发生断裂而降低其功能，从而缩短CR下的寿命。我们进一步在线虫中证实了该机理的保守性，对研究人Maf1的功能有重要指导意义。（4）在线虫中发现Maf1调节应激反应，从而调控寿命。虽然在分子水平上Maf1在酵母和线虫中保守，但在寿命上，缺失Maf1延长了线虫的寿命。该研究发现相对于简单细胞，复杂生物体使用诸多反馈调控，包括daf-16和skn-1介导的应激反应,来影响寿命。该发现质疑当前普遍认为长寿简单受控于基因的观点。（5）首次发现了tRNAi作为Maf1的下游分子调控CR的长寿。Maf1分子水平上为调控tRNA的转录因子。我们发现tRNAi能部分介导Maf1的信号，开辟了研究tRNA调节寿命的新方向。