两点一线 探寻细胞生命的“年轻因子”

　　两点一线 探寻细胞生命的“年轻因子”

　　本报记者 张佳星

　　在对生命本源的幻想中，人们总是前往隐秘之处寻找“不老泉”，而事实上，生命不老的秘密或许在它最小的单位中——

　　3月26日，我国科学家首次鉴定出使衰老间充质干细胞重获活力的“年轻因子”——多梳蛋白4(CBX4)，并对其功能进行了验证，相关研究成果发布于《细胞报道》上。

　　几天后的4月1日，《公共科学图书馆·生物学》发表了同一科学家团队的另一个全新发现，首次在人间充质干细胞中确立了“年轻通路”——YAP-FOXD1，并证明该通路的激活可减轻细胞衰老及骨关节炎。

　　如果说前者是科学家团队在干细胞中发现了“不老泉眼”，那么后者的研究则是“两点一线”地确定了细胞生命的“青春之河”。

　　“该研究揭示了YAP-FOXD1通路在人干细胞去衰老及骨关节炎基因治疗中的作用与分子机制。”论文通讯作者之一、中国科学院生物物理研究所研究员刘光慧介绍，研究由中科院生物物理所刘光慧研究组同北京大学汤富酬研究组、中科院动物所曲静研究组合作完成，研究团队历经五年的努力从纵横交织的细胞基因调控网络中，证明了YAP-FOXD1通路的存在，并通过细胞和动物水平的实验证明了它的功能。

　　为癌基因“正名” YAP蛋白充当“年轻因子”

　　YAP-FOXD1通路中最先撞入科学家视野的是YAP蛋白。网上搜索YAP蛋白的“简历”，可以发现，与它关系最密切的是一条被业内称为“河马通路”的Hippo信号通路。

　　“河马通路”的上游一旦接收到抑制生长的信号，经过一系列激酶磷酸化反应后，最终以磷酸化的形式作用于下游效应因子YAP蛋白，决定YAP蛋白的磷酸化与否。

　　如果不被磷酸化，没有磷酸化基团“尾巴”的拖累，YAP便能够轻易进入细胞核，进入基因调控的大本营。这时YAP扮演的是“传令官”，它在大本营里的出现引来基因的活跃，它会选择与自己的靶基因结合，“传令下去”，催促靶基因表达出相应的RNA和蛋白质，从而影响细胞的生命活动。

　　“我们首先找到了YAP，它是一个功能明确的转录辅助激活因子。”刘光慧说，在细胞核里YAP可以和它的转录因子“伙伴”TEAD结合，共同激活下游靶基因的转录。

　　YAP如果带上了磷酸化基团的“尾巴”，就会被阻滞留在细胞质中，YAP无法到细胞核中“传令”，下游基因的转录表达受到抑制，细胞增殖也会受到抑制。

　　有报道指出，如果YAP进行频繁“传令”、不受节制，将会让细胞无限制增殖，进而可能引发肿瘤，因此被认为是一种“癌基因”。

　　YAP的特性给了研究团队两个任务：一是从功能上证明，它的存在与否是否与细胞的“年轻态”相关；二是它如何把“命令”传递下去进而调控功能基因的功能呢？它的“接令员”是谁，之前有没有被其他科学家找到呢？

　　为回答第一个问题，团队从正反两个角度进行验证。“我们通过CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术，发现了一系列可以延缓人类间充质干细胞衰老的蛋白。这些蛋白敲除后细胞会出现加速衰老的表型。”论文第一作者、中国科学院生物物理研究所博士生付丽娜说，基因敲除的工作开始于人胚胎干细胞，通过导入3种不同质粒，研究团队让人干细胞基因组中负责编码YAP蛋白的那段基因发生缺失。

　　“敲除的基因组DNA大概是几千个碱基，虽然敲除几个碱基也可能使得YAP因子失去功能，但是很可能导致新的异常蛋白的产生，从而引入无法排除的因素。”付丽娜说。团队必须确保YAP基因的完全沉默。为此，他们对CRISPR/Cas9基因编辑技术进行了改良，使其能够对巨大的YAP基因位点进行较大片段的删除。

　　利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，团队获得了YAP特异性敲除的人胚胎干细胞，通过定向分化技术，将人胚胎干细胞定向诱导分化为间充质干细胞。“YAP缺失的人间充质干细胞表现出严重的加速衰老表型。”刘光慧说，YAP在维持人成体干细胞年轻态中发挥着关键作用，虽然YAP在某些肿瘤细胞中被证明具有“癌基因”的功能，但在人间充质细胞中却扮演着“年轻因子”的角色。

　　全新的“两点一线” 找到YAP蛋白“铁杆伙伴”和“接令员”

　　YAP通过与转录因子TEAD的相互作用来启动下游基因的转录，也就是说TEAD和YAP是“铁杆伙伴”。此前研究发现，YAP和TEAD通过YAP的N末端和TEAD的C末端间相互作用形成蛋白复合物，该蛋白复合物在YAP介导的细胞增殖中发挥着关键性的作用。