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衰老是一种自然而又复杂的生理事件。无论是细胞,还是组织,甚至器官,个体会经历一个衰老的过程。在衰老的进程中,存在许多的生理生化的分子事件,如:氧化应激造成的基因组损伤,蛋白质稳态的破坏等。野生型的秀丽隐杆线虫(C.elegans)只有约21天的寿命。因为寿命是个体衰老的重要指标之一,所以秀丽隐杆线虫是一种研究衰老的十分理想的模式动物。在秀丽隐杆线虫中,SKN-1(Skinhead-1)蛋白作为一个转录因子对于线虫的氧化应激和衰老具有重要的调控作用。SKN-1在脊椎动物中的同源物是Nrf1/Nrf2(NF-E2-related factor 1/2)蛋白,它们都隶属于CnC(Cap‘n’Collar)bZIP转录因子的蛋白家族。在线虫中,SKN-1的活性受到了许多翻译后修饰的调控,报道最多的是磷酸化修饰。SKN-1蛋白的磷酸化修饰可以通过调节其在肠道细胞核的定位进而调控SKN-1蛋白的活性。如AKT-1/-2激酶可以对SKN-1的12位丝氨酸进行磷酸化修饰,这种修饰会抑制SKN-1定位到线虫肠道的细胞核中,进而抑制SKN-1的抗氧化应激及延缓衰老的能力。GSK-3(glycogen synthase kinase-3)对SKN-1第483位丝氨酸的磷酸化修饰也会抑制SKN-1的肠道细胞核的定位。相比较之下,P38-MAPK(Mitogen-activated protein kinase)信号通路对SKN-1的第74位及第340位的丝氨酸进行的磷酸化修饰是SKN-1定位到肠道细胞核中的必要条件。O-GlcNAc修饰是一种从线虫到低等动物再到哺乳动物都高度保守的一种蛋白翻译后修饰。O-GlcNAc修饰的位点和磷酸化修饰一样都发生在丝氨酸和苏氨酸残基上,并且近些年的研究发现蛋白质的磷酸化修饰通常与蛋白质的O-GlcNAc修饰存在密切的相互作用。在秀丽线虫中有两种酶负责催化蛋白质的O-GlcNAc修饰。一个是负责加入O-GlcNAc修饰的乙酰氨基葡萄糖转移酶OGT-1蛋白,另一个是负责去O-GlcNAc修饰的β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶OGA-1蛋白。同时有研究证明了OGT-1和OGA-1蛋白的功能缺失影响线虫的衰老,但是,关于O-GlcNAc修饰是通过调控何种靶蛋白并参与调控衰老进程的研究,目前还知之甚少。在本研究中,我们初次发现了SKN-1一种新的翻译后修饰:O-GlcNAc修饰。首先,我们发现,改变线虫体内的整体的O-GlcNAc修饰水平可以改变SKN-1蛋白在肠道细胞核中的定位,进而影响SKN-1对其靶基因表达的调控。其次,通过GST-Pulldown和CoIP实验证明OGT-1蛋白与SKN-1蛋白存在互相结合。通过结合体外的糖基化修饰反应和质谱检测技术我们进一步发现了线虫的OGT-1蛋白可以对SKN-1蛋白的第470位丝氨酸和第493位的苏氨酸进行O-GlcNAc修饰。随后,通过构建O-GlcNAc修饰位点Ser470和Thr493发生突变的转基因线虫,我们发现SKN-1蛋白的Ser470和Thr493O-GlcNAc修饰促进其在肠道细胞核内的定位,并延长了线虫的寿命及抗氧化应激的能力。另外,氧化应激能够通过促进OGT-1与SKN-1蛋白的结合,进而增强SKN-1蛋白的O-GlcNAc修饰水平,并抑制GSK-3对SKN-1蛋白的Ser483的磷酸化修饰。综合以上研究表明,我们发现了SKN-1的O-GlcNAc修饰可以正向调控SKN-1的功能,维持正常的线虫寿命及抗氧化应激的能力。这项研究对于为研究高级动物体内SKN-1的同源物Nrf1/2的O-GlcNAc修饰调控个体衰老及衰老相关性疾病的发生发展具有一定的指导意义。