线粒体FOXM1促进细胞衰老的机制研究

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细胞衰老是多种疾病的重要风险因素,例如神经退行性疾病、癌症和代谢性疾病如Ⅰ/II型糖尿病等。线粒体作为细胞产能中心与衰老密切相关,可以通过多种方式调控细胞衰老,如慢性炎症、线粒体自噬、线粒体未折叠蛋白反应(mitochondrial unfolded protein response,mt UPR)等。FOXM1是细胞内关键的核转录因子,调控细胞周期中G1/S、G2/M过渡和M期进展,在抑制细胞衰老中发挥至关重要的作用。有研究发现FOXM1除了定位在细胞核中,同时也会定位在线粒体中,但FOXM1在线粒体中发挥的功能以及和细胞衰老之间的联系研究甚少。为探究线粒体FOXM1的功能及在细胞衰老中的作用,我们构建线粒体特异性表达的FOXM1(mito-FOXM1)质粒以及作为对照的野生型FOXM1(WTFOXM1)。通过共聚焦显微镜成像技术,发现过表达mito-FOXM1细胞的荧光与线粒体标记的Mitotracker荧光共定位,表明mito-FOXM1在线粒体特异性表达。随后我们对细胞呼吸和活性氧自由基(reactive oxygen species,ROS)进行检测,发现mito-FOXM1促进了细胞呼吸及细胞内ROS的产量。在动物实验中,我们对不同年龄小鼠组织总蛋白及纯化的线粒体中FOXM1的表达进行检测。结果表明,随着小鼠年龄增加FOXM1总m RNA和蛋白质表达水平均下降,但肝脏线粒体中FOXM1蛋白水平上升。为深入探究线粒体FOXM1和细胞衰老之间的联系,我们用慢病毒系统在小鼠胚胎成纤维细胞(mouse embryonic fibroblast,MEFs)中分别过表达mito-FOXM1、WT-FOXM1以及空载慢病毒并检测不同代次MEFs的衰老指标(β-gal染色阳性率以及KI-67染色阳性率),发现过表达mito-FOXM1加速了MEFs的衰老。随后我们对三组细胞样品组进行RNA-seq分析,并通过转录组测序的数据进一步研究线粒体FOXM1加速细胞衰老的机制。综上所述,本课题通过构建线粒体特异性过表达的FOXM1质粒和慢病毒来研究FOXM1独立于核转录因子功能之外与衰老的联系,并通过动物实验与细胞实验发现了线粒体FOXM1会加速细胞衰老。我们首次将线粒体FOXM1与细胞衰老相联系,为FOXM1与细胞衰老之间的研究提供了新思路,并为治疗衰老相关疾病和预防衰老提供了潜在新靶点。
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