SIRT6调节灵长类器官稳态和衰老的细胞分子机制研究

Aging is one of the biggest risk factors for major human diseases. China is now suffering from increasing crisis of population aging, therefore study on geroscience, which aims to unveil the biological mechanisms of human aging especially for organ aging and degeneration has become urgent. SIRT6, a histone deacetylase, is a member of Sirtuin family, which plays an important role at the crossroads between epigenetic modifications, genomic stability maintenance, metabolism and lifespan regulation. However, whether and how SIRT6 regulates homeostasis and aging of primate organs remains unknown. The purpose of this proposal is to establish a platform for studying primate organ aging, which combines human stem cell-based organoid system and SIRT6-deficient monkey model established by CRISPR/Cas9 technique. Using this platform, we aim to study the molecular mechanism underlying primate organ aging and its transition to degeneration and disorders, at genomic，epigenomic, transcriptomic, and post-translational modification levels. This project will provide new mechanistic insights into human organ aging and potentially result in new strategies of intervention towards age-associated diseases.

衰老是人类疾病最大的危险因子，随着我国人口老龄化压力增大，老年性疾病防治已经成为亟需突破的科学问题。器官衰老和退行性变化是人类机体衰老的重要表现，因此研究其发生和演化的细胞分子机理至关重要。SIRT6是Sirtuin家族的重要成员，又称“长寿蛋白”，是链接表观遗传学调控、基因组稳定性、代谢和寿命的重要分子节点。迄今为止，SIRT6能否调节人类和非人灵长类动物的器官稳态和衰老尚不明确。针对重大研究计划“器官衰老及向退行性变化演变的分子、细胞及功能变化过程及规律”这一核心科学问题，本项目拟利用基因编辑技术创建SIRT6缺失的基因工程猴，结合人类干细胞的类器官分化体系，并利用基因组、表观遗传组和蛋白组等多种交叉研究手段，探究灵长类器官衰老及其向退行性变演化的调节机制，阐释其在老年疾病中发生中的作用，以期发现新的潜在分子靶标和调控网络，同时建立衰老相关疾病发生与转归的预警和干预模型。

SIRT6是一种高度保守的去乙酰化酶，参与葡萄糖代谢和干细胞分化。在小鼠中，SIRT6被认为是一种长寿蛋白，可以调节许多在衰老过程中发生变化的因素，包括基因组稳定性、炎症和代谢。在雄性小鼠中过度表达SIRT6会导致健康状况的改善并延长寿命，而SIRT6缺陷的小鼠在出生后几周就会死亡，表现出早衰的特征。然而，目前还不知道SIRT6是否参与了在人类中是否参与长寿。然而，它在灵长类动物中的生物学功能在很大程度上仍然是未知的。我们使用基于CRISPR/Cas9的方法产生了一个雄性和三个雌性的SIRT6缺失的食蟹猴（Macaca fascicularis）。雌性食蟹猴在出生后不久死亡，雄性食蟹猴在妊娠中期死亡。SIRT6的缺失造成了严重的全身发育迟缓。与野生型新生猴相比，SIRT6缺失的猴子显示出较低的骨密度，较低的皮下脂肪水平以及不成熟的肠道和骨骼肌。此外，SIRT6缺陷的猴子由于神经元成熟延迟和不成熟的神经祖细胞数量增加而导致大脑变小。总的来说，SIRT6缺失的猴子出生时比正常食蟹猴小，并显示出更接三个月龄胎猴的基因表达和形态特征，而不是妊娠六个月后出生的足月个体。SIRT6的缺失通过转录激活长非编码RNA H19（一种发育抑制因子）而延迟了神经元的分化，我们能够在人类神经祖细胞分化系统中重现这一过程，并且在缺乏SIRT6的人类细胞中减少H19的表达能恢复神经元分化的缺陷。机制上，SIRT6的缺乏导致H19的印记控制区的组蛋白超乙酰化，CTCF的招募和H19的上调。我们首次结合非人灵长类动物模型、人类干细胞模型及基因编辑技术揭示了可调控灵长类动物出生前发育程序的关键分子开关，为研究人类出生前发育迟缓综合征提供了重要的模型体系。此外，该研究首次揭示了灵长类和啮齿类动物在衰老调节通路方面的巨大差异，为开展人类发育和衰老的机制研究，以及相关疾病的干预奠定了重要的基础。