酿酒酵母的时序衰老受端粒长度调控的分子机制

The chronological lifespan (CLS) of Saccharomyces cerevisiae measures the time that cells can survive after they entered into stationary (G0) phase. CLS is a model of higher eukaryotes for studying the mechanism by which non-dividing cells age. At the end of each chromosome is telomere, a protective structure, which protects chromosome from deletion, replication, degradation and recombination. Elongation of yeast telomere requires the single-stranded-DNA-binding protein Cdc13, catalytic subunit Est2, Tlc1 template, regulatory subunits Est1 and Est3. So far, the relationship between elongated telomeres and CLS is still unknown. We used saccharomyces cerevisiae as a model to study the relationship between elongated telomeres and CLS. Through co-expression of Cdc13 and Est2 to enable telomerase constitutively access to telomeres, we obtained cells in which telomeres are elongated to different length. These cells with elongated telomeres enable us to evaluate the relationship between long telomeres and CLS. Our results showed that telomeres elongated up to 700-1300 bp significantly accelerate yeast chronological aging. Using methods of genetics, cell biology, biochemistry and molecular biology, we are going to elucidate the molecular mechanism by which elongated telomeres accelerate yeast chronological aging.

酿酒酵母的时序寿命测定细胞进入平台期（G0期）停止分裂后能存活的时间。时序寿命是高等生物中非分裂细胞的寿命调控机制研究的模型。端粒是真核生物染色体末端的保护结构，避免染色体发生删除、复制、降解和重组。酵母端粒的延长需要单链DNA结合蛋白Cdc13、具有催化活性的端粒酶亚基Est2、模板Tlc1、调节亚基Est1和Est3。迄今，端粒延长与时序寿命的关系尚不清楚。我们以酿酒酵母为模型，研究长端粒与时序寿命的关系。通过融合表达Cdc13和Est2使端粒酶组成性地结合端粒DNA序列，我们得到一系列端粒被不同程度延长的细胞，这使得检测长端粒细胞的时序寿命成为可能。我们发现野生型细胞中端粒加长到700-1300碱基对时显著加速时序衰老。我们将利用遗传学、细胞生物学、生物化学和分子生物学手段深入研究长端粒加速酵母时序衰老的分子机制。

酿酒酵母的时序寿命测定细胞进入平台期（G0期）停止分裂后存活的时间，是研究哺乳动物非分裂细胞衰老机制的模型。端粒是真核生物染色体末端的DNA-蛋白质保护结构，避免染色体发生删除、降解和重组。酵母端粒的延长需要单链DNA结合蛋白Cdc13、具有催化活性的端粒酶亚基Est2、内在RNA模板Tlc1、调节亚基Est1和Est3等。迄今，组成性端粒酶活性与时序寿命的关系尚不清楚。我们以酿酒酵母为模型，研究组成性端粒酶活性及其伴随的超长端粒与时序寿命的关系。通过融合表达Cdc13和Est2使端粒酶组成性地结合端粒DNA，我们得到端粒被延长2-4倍的细胞，这使得检测超长端粒细胞的时序寿命成为可能。我们发现Cdc13-Est2表达及伴随的超长端粒显著加速时序性衰老。融合蛋白Cdc13-Est2的表达会导致酵母细胞基因组的不稳定性随增龄显著增加，包括染色体外rDNA环的水平升高、CAN1标记基因的自发突变率显著上升和总染色体重排（GCR）的频率显著升高。此外，组成性端粒酶活性造成的基因组不稳定性增加和时序寿命缩短可以通过下调保守的雷帕霉素靶蛋白复合体（TORC1）/Sch9信号途径得以抑制，提示可通过药物（如rapamycin和caffeine）稳定由组成性端粒酶活性介导的基因组不稳定性增加而延长寿命。然而，融合蛋白Cdc13-Est2表达还是超长端粒本身导致时序性衰老加速尚不清楚。通过融合蛋白Cdc13-Est2表达和连续细胞传代将野生型细胞端粒延长2-4倍后，我们将携带融合基因CDC13-EST2的质粒丢失，然后检测细胞的时序寿命发现细胞寿命并无显著变化，提示超长端粒本身不影响时序性衰老，而是组成性端粒酶活性导致时序性衰老加速。本课题的研究结果为进一步认识端粒长度特别是超长端粒、组成性端粒酶活性与细胞时序性衰老之间的关系提供了理论依据。