早老素对人体基因组稳定性的影响探究.docx

早老素对人体基因组稳定性的影响探究早老素对人体基因组的影响探究本文关键词：基因组，探究，稳定性，影响，对人体早老素对人体基因组稳定性的影响探究本文简介：摘要：基因组不稳定(genomicinstability)是机体衰老的标志之一，也是儿童早老症(HutchinsonGiIfordprogeriasyndrome,HGPS)患者细胞的典型特征HGPS的发生与早老素(progerin)堆积密切相关，但早老素如何引起基因组不稳定尚缺乏系统性的阐述早老素对人体基因组稳定性的探究本文内容：摘要：基因组不稳定(genomicinstability)是机体亚健康的标志之一，也是儿童早老症(HutchinsonGiIfordprogeriasyndrome,HGPS)患者细胞的典型特征HGPS的发生与早老素(progerin)堆积密切相关，但早老素如何引起基因组不稳定尚缺乏系统性的论述基因组的结构稳定与DNA的正确复制、DNA损伤修复、端粒的维持和稳定以及表观遗传学修饰密切相关本文主要讨论早老素在改变正常核纤层结构的基础上，通过影响相关通路关键蛋白质的水平或者定位，引起细胞内氧化应激增强、DNA复制应激和DNA损伤修复障碍，细胞DNA坏死增多和端粒的加速缩短，并在改变组蛋白甲基化和乙酰化方面导致基因组不稳定的机制。

关键词：早老素；DNA损伤修复；基因组不稳定；端粒；表观遗传；Abstract：GenomicinstabilityisoneofhallmarksofagingandthetypicalcharacteristicsofHutchinsonGiIfordprogeriasyndrome(HGPS)cells.HGPSistheresultofprogerinalation.However,thereisalackofsystematicexplanationonhowprogerincausesgenomicinstability.ThestabilityofgenomicstructureiscloselyrelatedwithcorrectDNAreplication,DNAdamagerepair,telomeremaintenanceandstability,andhistoneepigeneticmodification.Thisreviewmainlydiscussesthemechanismbywhichprogerin,onthebasisofstructureaberrationofnucleuslamina,causesintracellularoxidativestress,cellularDNAreplicationstress,DNAdamagerepairdisorder,andincreasescellDNAdamage,telomereshortening,anddysregulationofhistonemethylationandacetylation,toinducegenomeinstabilitybyaffectingthelevelorlocalizationofkeyproteinsinrelatedpathways.Keyword：progerin;DNAdamagerepair;genomicinstability;telomere;epigenetics;细胞或者机体的衰老是一个渐进性的过程，也是机体有害物质推进器累积的过程。

损伤的DNA即是有害物质之一，扣掉一定程度会引起系统基本功能功能紊乱，最终导致死亡［1］在长期的进化过程中会，生物体拥有了一套成熟的DNA损伤检测体系，以及针对不同损伤类型的DNA修复方式，以维持遗传信息的完整性和稳定性如能正确修复，细胞DNA结构和功能即能恢复正常，细胞得以维持正常状态；若损伤的DNA不完全修复或者无法修复但若时，DNA发生突变，染色体畸形，可诱导细胞出现功能改变，这与一些衰老相关疾病的发生有密切联系［2］儿童早老症(Hutchinson-Gilfordprogeriasyndrome,HGPS)是由早老素(progerin)的累积而引发的早衰疾病，并且与正常的衰老有许多相似之处，是研究人类痔疮脱发的理想模型在HGPS患儿的成纤维细胞中，发现有线粒体功能睡眠不足、氧化应激增强、代谢途径改变和衰老相关通路的激活等方面的变化，以及DNA双链断裂(DNAdouble-strandbreaks,DSBs)的累积、端粒加速缩短、组蛋白表观遗传改变基因等基因组不稳定的现象本文主要讨论早老素引起基因组不稳定的相关机制(见Fig.1)1、早老素的淡化形成及核纤层结构改变核膜为内核膜和细胞质提供了动态的边界。

核膜功能以及细胞核的形态又与核纤层密切相关核纤层线粒体位于内层核膜与染色质间，对于真核细胞的正常功能至关重要核纤层蛋白是核纤层的组成成分，在核内与核基质相连，在核外与中等纤维连通，有力地支撑着细胞核和细胞核的形态［3,4］自噬体蛋白与核膜、染色质以及核孔复合体在结构和功能直接联系上有密切关系，涉及DNA复制、RNA转录、细胞核的构建、核孔的装配、染色质的功能、细胞周期和凋亡等方面［5,6］o在哺乳动物中，核纤层蛋白分为两种类型:A型核纤层蛋白(包括laminA,laminC,laminC2及laminAA10)和B型核纤层蛋白(包括laminBl,laminB2和laminB3)A型核纤层蛋白由LMNA基因编码，laminBl由LMNB1编码，laminB2和laminB3由LMNB2编码［7］编码核纤层蛋白的基因发生再次出现突变导致一系列的细胞功能改变，统称为核纤层蛋白病HGPS即是一种严重的核纤层蛋白病，表现出早衰特征通常在出生后的第一年，HGPS患者开始显示身材矮小、体重较轻、脱发、脂肪萎缩、硬皮病、面部衰老和骨质疏松等诸多提速加速衰老的特征，平均寿命为13.5岁［8］研究表明，HGPS患者出现早老素的累积。

早老素是LMNA的第11个外显子点突变的产物,在LMXA基因第1824位点碱基C突变成T,虽然这是一个同义突变G608G,但是它激活了mRNA水平上为的一个隐蔽剪切位点，造成基因转录的mRXA被剪切了150个碱基(见Fig.2)这150个碱基正好包含laminA成熟过程中由Zmpste24介导的蛋白酶水解位点，由于丢失这个酶切位点，前体laminA(prelaminA)被修饰的法尼基团无法切除术而成为早老素，prelaminA不能成为成熟的laminAo早老素的堆积及laminA的缺乏，改变了核内核纤层的组成和虚拟化形态，HGPS患者出现明显严重的核畸形核纤层结构上在结构上的变化引起染色质功能异常，导致基因表达改变、基因组不稳定等一系列细胞功能的改变，进而引发早衰［9T1］本文主要围绕大多早老素在复制应激、DNA损伤、端粒加速缩短、表观遗传改变等基因组稳定性方面的相关作用机制展开综述2、早老素导致复制应激和DNA损伤增加正常情况下，laminA可以与增殖细胞核抗原(proliferatingcellnuclearantigen,PCXA)相互作用，重新启动停滞的复制叉，从而共同维护DNA复制的正常进行［12］。

PCNA是DNA复制过程中之中的滑动固定蛋白质，在复制叉处招募DNA聚合酶，并且可以加强DNA持续合成能力，它对正常的DNA复制、合成和延伸体来是必不可少的在更早老素存在的情况下，PCNA无法结合在复制叉上所，破坏DNA复制的进程，导致复制叉的停滞和核酶介导的复制抹除叉的降解，最后引起复制应激(replicationstress,RS)［13］o在分裂的细胞中，自发的DSBs主要来源于D\A复制，因此，早老素引发的复制应激或许惹起是HGPS患者细胞中DXA损伤的主要原因［14］o此外，HGPS患者细胞排泄产生的基因受试者毒素(genotoxin),如线粒体氧化应激反应产生的活性氧自由基(ROS)等，也会造成D\A损伤的增多［2］Kubben等发现，在HGPS患者的细胞中，有NRF2(nuclearfactor［erythroidderived2］-like2)抗氧化通路的抑制［15］oNRF2参与调控NADPH生成的4个基因(葡萄糖-6-磷酸脱氢酶、6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶、苹果酸酶1和异柠檬酸氧化酶1)的表达，氯化氢是促进抗氧化反应的关键因子［16］o早老素通过隔离XRF2使其核定位错误，导致XRF2转录活性受损，造成了HGPS细胞内长期的基因毒性。

而在HGPS患者细胞中，重新激活NRF2减少了DNA损伤标志物Y-H2AX的水平［15］作为DNA损伤应答的一部分，多种DSBs修复蛋白质可以被招纳到DSBs损伤部位成功进行修复而在HGPS患者的细胞中，早老素破坏DSBs处对修复蛋白质的招募，从而无法复修受损的D\A在Zmpste24-/-小鼠中，也发现类似的情况［17］在早老素存在情况下，色素沉积皮肤干燥症A基因(xerodermapigmentosumgroupA,XPA)错误定位于早老素引发的DNA双链断裂区域，阻挡了正常的修复蛋白质在DSBs部位的招募，损伤的D\A无法被修复，导致D\A双链断裂累积增加和细胞中早期复制的停滞［13］(见Fig.3)XPA是核酸切除修复(nucleotideexcisionrepair,NER)中特异且必不可少的因子，它核酸可以在核酸切除修整中识别DNA损伤，切掉并且在核酸切除修复中核酶的招募和后续的稳定修复发挥重要的作用，但是它并不涉及DSBs的修复过程［18］这样一来，XPA与DSBs的错误结合，导致正常的DSBs修复蛋白质不了被招募到DSBs处，同时又破坏了核酸切除修复的通路，致使在同样的外界条件的刺激下所，HGPS患者的细胞对DNA损伤更加敏感。

同时发现，在HGPS患者的细胞中，Y-H2Ax和XPA共同定位于DNA复制蛋白质区域，暗示着DSBs的产生可能来自于停滞的或者坍塌复制叉［13］早老素引起复制应激以及氧化应激的增强，同时又破坏了细胞内出现异常的DNA损伤修复机制，加速了DNA损伤的产生Fig.1GenomicinstabilitycausedbyprogerinFig.2MaturationoflaminAandformationofprogerinorLA△50最近，在哺乳动物中发现了一种核酸转移酶，它是新型的DNA感受器(DNAsensor)即cGAS(cGMP-AMPsynthase),能产生内源性的cGAMP(cyclicdinucleotide2'cyc-cyclicGMP-AMP),继而激活干扰素刺激基因(stimulatorofinterferongenes,STING)STING是DNA感受通路体会的一个关键蛋白质，在免疫启动方面有重要重启意义，它也可以直接或间接地识别dsDNA［19-22］DNA损伤和复制应激不仅是导致衰老和癌症基因组不稳定性的基础，而且还有助于激活炎症反应在某些情况下，促进恶性肿瘤和其他衰老相关疾病［23］的发展。

例如，早老素通过复制应激引起了细胞质中杂乱的核酸的积累，被模式识别受体(patternrecognitionreceptors,PRRs)错误地识别为外来物，激活了免疫应答cGAS-STNG胞质的DNA检测途径对激活干扰素反应至关重要，并与肿瘤和衰老有关［24,25］Kreienkamp等［26］对HGPS患者的细胞进行全基因组表达病人分析发现，细胞中有转录信号转导与激活剂1(signaltransducerandactivatoroftranscription1,STAT1)介导的IFN样应答途径的强烈激活，以及超过40个STAT调节的干扰素刺激基因(interferonstimulationgenes,ISGs)的上调，这些代表了强烈的干扰素样应答早老素破坏DNA的复制。