HMGA表达失调介导的异染色质损失在儿童早老症细胞衰老中的作用及机制研究

Loss of heterochromatin is a hallmark of normal and premature aging cell, however, the reason and the role of loss of heterochromatin in cellular senescence is largely unknown. The project is based on Hutchinson–Gilford progeria syndrome (HGPS) cellular senescence, aimed at illuminating the role and mechanism of HMGA, which involved in regulation of chromatin structure, in regulation of chromatin structure in HGPS cellular senescence. Our previous work found that HMGA proteins were downregulated in HGPS cells, while multiple miRNAs including miR-26a were upregulated in HGPS cells. Meanwhile, HMGA target gene BubR1 was also downregulated in HGPS cells. Based on the previous research, from the level of cell, tissue and animal in vivo, we intend to definite the role and mechanism of HMGA in HGPS cellular senescence and loss of heterochromatin, explore the miRNA regulation network of HMGA in HGPS cells. This study will provide further insights into the mechanism of HGPS, also be valuable in the exploration of the mechanism of physiologic senescence.

核膜下异染色质损失是生理性和过早性衰老个体成纤维细胞的一个显著特征。然而，异染色质损失的原因及其在细胞衰老中的作用尚不明确。本申请项目以一种过早老化性疾病——哈钦森-吉尔福德儿童早老症(HGPS)为研究对象，旨在阐明参与染色质结构调节的HMGA家族蛋白及其介导的染色质结构改变在HGPS细胞衰老中的作用及机制。我们前期的工作发现，在progerin过表达模拟的HGPS细胞中，HMGA表达水平降低，其靶基因纺锤体组装检验点核心组分BubR1表达下调，而能够抑制HMGA基因表达的miR-26a等多个miRNA水平升高。本项目拟在以上工作的基础上，在细胞、组织和个体水平明确HMGA在HGPS细胞衰老和异染色质损失中的作用及机制；阐明HGPS细胞中HMGA低表达的miRNA网络调控机制。本项目的完成将为HGPS的发病机制提供新的理论依据，同时为揭示生理性衰老的分子机制提供新的线索。

HGPS（Hutchinson–Gilford progeria syndrome)全称为哈钦森-吉尔福德儿童早老症，是一种最典型的、最常见的儿童早衰综合征。HGPS患者在婴儿时期通常表现正常，在儿童时期出现快速衰老表征，大多于青少年时因心血管疾病或中风而失去生命。HGPS细胞有许多结构和功能的缺陷，其中包括核膜下异染色质损失，这是生理性和过早性衰老个体成纤维细胞的一个显著特征。然而，异染色质损失的原因及其在细胞衰老中的作用尚不明确。在本课题的研究中，我们发现HMGA1在HGPS细胞衰老过程中表达降低，回复HMGA1可上调异染色质相关蛋白HP1β蛋白表达。进一步，回复HMGA1并未改变HP1β的mRNA水平，说明HMGA1对HP1β的调控并不发生在转录水平上。我们通过泛素化水平检测以及质谱分析进一步证实HMGA1能够通过招募USP7抑制HP1β泛素化降解，从而增强HP1β蛋白的稳定性。进一步，我们在HGPS细胞中回复HMGA1进行转录组分析，筛选到受HMGA1负调控的衰老相关基因，并通过在HGPS患者细胞中回复HP1β检测衰老相关基因的表达。随后通过ChIP实验证实在HGPS细胞中回复HMGA1能显著增强HP1β在衰老相关基因启动子区域的富集，明确HMGA1能够通过稳定HP1β纠正下游衰老相关基因的错误表达，最终改善HGPS细胞衰老。.综上，我们发现了在HGPS细胞中，回复HMGA1通过招募USP7稳定异染色质相关蛋白HP1β进而抑制下游衰老相关基因表达，从而改善HGPS细胞的衰老。我们的研究为HGPS的发病机制提供新的理论依据，为HGPS早衰症的治疗提供可能的药物新靶点。