衰老是一个普遍的生物学现象,衰老控制着生物寿命的长短,主要受遗传因子和环境因素所影响。了解衰老的分子机制,对于延缓衰老、保持生命活力具有重要的意义。 热休克蛋白(HSP)作为高度保守的“分子伴侣”,在细胞内广泛地参与许多复杂的功能活动,可以抵制衰老过程中一些有害蛋白的发生。其基因的表达调控是一种特殊的真核基因表达模式,包括基础水平和诱导水平的表达。 由组蛋白乙酰转移酶(HAT)和组蛋白去乙酰化酶(HDAC)催化的乙酰化反应在真核基因的表达调控中起着重要作用,这两种酶通过对核心组蛋白进行可逆修饰来调节核心组蛋白的乙酰化水平,从而调控转录的起始与延伸。组蛋白去乙酰化酶抑制剂(HDI)可以通过抑制 HDAC 活性提高组蛋白乙酰化水平,是研究乙酰化修饰在真核基因表达调控中的作用的有用工具。 本论文一方面采用 HDI trichostatin A(TSA)和丁酸钠(BuA)喂食果蝇,改变果蝇体内组蛋白乙酰化水平,系统地研究组蛋白乙酰化修饰、HSP 的表达以及寿命调控三者之间的关系。结果发现 hsp 基因在长寿果蝇中具有较高的基础表达、较快的热激诱导反应速度以及较强的高温抵抗性。同时,不同的 hsp 基因在果蝇衰老过程中的作用不尽相同,hsp22 的作用最为重要,hsp70 次之,而 hsp26 的表达几乎与寿命无关。使用 HDI TSA 和 BuA 喂食果蝇可以延长其寿命,但不同的 HDI 的作用机制不尽相同,同一种 HDI 对不同寿命品系的果蝇的延长程度也不尽相同。TSA 的处理有一种时间依赖性,更长时间的 TSA 处理对寿命是有利的;而 BuA 的处理却与此不同,过长时间的处理反而加速衰老。同样的去乙酰化酶抑制剂,同一剂量处理,在不同果蝇品系种的作用不同,它们对短寿果蝇寿命的延长程度更为明显。另外,HDI 处理还促进果蝇衰老过程中 hsp 基因的基础表达和诱导表达,但是随着衰老的进行,这种促进作用逐渐减弱。同样在不同寿命的果蝇品系中,其提高 hsp 基因表达的程度也不一样。在短寿果蝇中,HDI 对 hsp 基因的促进作用更为明显。 另一方面本论文通过 HDI TSA 和 BuA 喂食果蝇幼虫改变体内组蛋白乙酰化水平,初步探讨了乙酰化修饰调控 hsp 基因表达的分子机制。real time RT-PCR 实验显示 HDI 诱导的乙酰化水平的升高对不同 hsp 基因的基础表达的影响不同,促进了hsp22 和 hsp70 的基础表达,抑制了 hsp26 的基础表达;但对 hsp 基因诱导表达的影响是相同的,促进了它们的诱导表达。染色质免疫沉淀(ChIP)实验表明 HDI 诱导的组蛋白 H3 超乙酰化定位于 hsp22、hsp26 以及 hsp70 基因启动子区和转录区。促进了 HSF 与 HSE 的结合;增强了 RNA 聚合酶(pol)Ⅱ向 hsp22 和 hsp70 转录起始位点的招募及转录延伸;但不影响非热激状态下 RNApolⅡ在 hsp26 基因启动子上的招募,只促进热激时 RNA polⅡ对 hsp26 基因的转录。另外,在果蝇 37℃热激 30 分钟内的不同时间点取样,检测了热激过程中 hsp 基因启动子处乙酰化水平的变化情况,结果发现热激过程中,hsp70 和 hsp26 启动子组蛋白 H3 的乙酰化水平呈现一个动态变化的过程;并且 hsp26 启动子不同调控元件处变化趋势不尽相同。同时 real timeRT-PCR 实验显示 hsp26 基因的 mRNA 表达水平在热激过程中呈曲折性上升。 通过以上研究,本论文建立了组蛋白乙酰化修饰、HSP 的表达以及寿命调控三者之间的有机联系;初步阐述了组蛋白乙酰化修饰调控 hsp 基因表达的分子机制。为进一步研究衰老的分子机制,确定参与衰老和 hsp 基因调控的乙酰化酶和去乙酰化酶提供了理论依据。