中科院生物物理所卫涛涛团队携手揭示RPL22蛋白如何推动人类干细胞衰老

核糖体是细胞内负责蛋白质合成的重要分子机器，由核糖体RNA（rRNA）和核糖体蛋白组成。过去的研究主要集中在核糖体蛋白在个体发育和疾病中的作用，而其与衰老的关系尚未充分研究。

2024年9月11日，中国科学院生物物理研究所卫涛涛团队与中国科学院动物研究所刘光慧团队、中国科学院北京基因组研究所张维绮团队、中国科学院动物研究所曲静团队合作，在《Nucleic Acids Research》杂志上在线发表了一篇题为"CRISPR screening uncovers nucleolar RPL22 as a heterochromatin destabilizer and senescence driver"的研究论文。该研究通过CRISPR/Cas9基因筛选技术，揭示了核糖体蛋白RPL22是驱动人干细胞衰老的重要因素，首次发现RPL22通过破坏核仁区域的异染色质结构，从而促进rRNA表达并引发细胞衰老。

研究人员首先对332个与核糖体相关的基因进行CRISPR/Cas9基因功能缺失筛选，发现了10个可能与人干细胞衰老相关的基因，其中RPL22与干细胞衰老的关系最为紧密。此外，研究发现RPL22在衰老的人间充质祖细胞中逐渐积累。

随后，通过CRISPR/Cas9基因编辑和干细胞定向诱导分化技术，研究团队获得了RPL22缺失的人类胚胎干细胞和人间充质祖细胞。结果表明，过表达RPL22显著加速细胞衰老，而敲除RPL22则能减缓衰老进程。

为了深入了解RPL22的作用机制，研究人员使用SUnSET实验发现，敲除RPL22的细胞整体翻译水平没有显著变化。通过构建缺失核糖体功能的RPL22突变体，发现其仍能显著促进细胞衰老，提示RPL22的促衰老功能不依赖于核糖体功能。

在细胞衰老过程中，研究人员通过免疫荧光技术发现RPL22在晚代细胞核仁内聚集。解除RPL22的核仁定位后，其促进rRNA表达和细胞衰老的能力消失。这表明RPL22的促衰老功能依赖于其在核仁中的定位。

利用蛋白免疫共沉淀技术，研究人员发现RPL22能与异染色质蛋白KAP1和HP1γ相互作用，并下调它们的表达水平。进一步利用ChIP-qPCR技术，发现RPL22积累会下调核仁异染色质区域的KAP1、HP1γ和H3K9me3蛋白水平，破坏核仁区域的异染色质结构。这种结构破坏会激活原本处于抑制状态的rDNA区域，导致rRNA表达增加，进而引发细胞衰老。

此外，研究发现，在多种衰老模型中，敲除RPL22可以缓解衰老表型，包括病理性衰老、压力应激衰老和生理性衰老模型。这表明RPL22可能成为干预衰老及衰老相关疾病的潜在分子靶标。

综上所述，该研究通过CRISPR/Cas9基因缺失筛选，确定了RPL22是人干细胞衰老的重要驱动因子，并首次揭示了其通过与核仁区域异染色蛋白相互作用及下调其表达，破坏核仁异染色质结构，增加rRNA表达，从而促进细胞衰老的分子机制。敲除RPL22有望成为干预衰老和衰老相关疾病的有效策略。