浦項(xiàng)科技大學(xué)生命科學(xué)系Seung-Jae V. Lee教授的團(tuán)隊(duì)和基礎(chǔ)科學(xué)研究所植物老化研究中心的Hong Gil Nam教授聯(lián)手合作，研究了一種典型RNA質(zhì)量控制機(jī)制——無義介導(dǎo)的mRNA降解（NMD）。他們發(fā)現(xiàn)，秀麗隱桿線蟲（C.elegans）的NMD活性會(huì)隨著衰老發(fā)生而降低，并證明了NMD對(duì)C.elegans的長壽命的維持至關(guān)重要，為延長人類壽命和預(yù)防衰老相關(guān)的疾病方面做出重大貢獻(xiàn)。

    長壽命的生物體通常需要更嚴(yán)格的蛋白質(zhì)和DNA質(zhì)量控制。然而，RNA質(zhì)量控制機(jī)制，如NMD(無義介導(dǎo)的mRNA衰變)，會(huì)同時(shí)降解異常轉(zhuǎn)錄本和正常轉(zhuǎn)錄本，是否在生物老化中起作用還未經(jīng)探索。作者發(fā)現(xiàn)NMD可以介導(dǎo)具有daf-2/insulin/IGF-1突變的線蟲株的壽命。daf-2突變體增強(qiáng)了NMD的活性，降低了潛在的異常轉(zhuǎn)錄本的水平。NMD成分，包括SMG-2/UPF1，在多種長壽突變體中迫切需要，包括DAF-2突變的秀麗隱桿線蟲。動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)中的NMD對(duì)RNA質(zhì)量控制來延長動(dòng)物壽命顯得尤為重要。此外，作者發(fā)現(xiàn)通過daf-2的突變，導(dǎo)致tyrosyl-tRNA 合成酶（一種NMD靶轉(zhuǎn)錄物）的突變下調(diào)有助于延長壽命（圖1）。作者提出NMD介導(dǎo)的RNA監(jiān)測是一個(gè)關(guān)鍵的質(zhì)量控制過程，有助于延長daf-2突變體的壽命。

圖1 NMD activity declines with age

衰老的一個(gè)主要特征是生物系統(tǒng)成分的質(zhì)量控制逐漸下降。DNA和蛋白質(zhì)質(zhì)量控制的惡化在衰老和與年齡有關(guān)的疾病中起著核心作用。此外，由于錯(cuò)誤折疊蛋白的積累而引起的體細(xì)胞DNA突變和蛋白質(zhì)毒性是正常衰老的基礎(chǔ)，而蛋白質(zhì)平衡是長壽機(jī)制的重要組成部分。關(guān)于RNA，幾種神經(jīng)退行性疾病與rna結(jié)合蛋白功能的缺陷有關(guān)，許多非編碼RNAs，如microRNAs和長非編碼RNAs，對(duì)長壽起調(diào)節(jié)作用。此外，適當(dāng)?shù)腞NA剪接對(duì)長壽是至關(guān)重要的。然而，RNA質(zhì)量控制是否影響衰老還不得而知。

NMD是維持RNA質(zhì)量的主要途徑。NMD復(fù)合體是由多個(gè)蛋白質(zhì)組分組成，用來檢測和降解異常轉(zhuǎn)錄本（例如含有過早終止密碼子(PTCs)的mRNAs）。NMD還調(diào)節(jié)大約10%的內(nèi)源性轉(zhuǎn)錄本的水平，包括上游開放閱讀框(UORF)和長30 UTR轉(zhuǎn)錄本。因此，NMD是控制RNA質(zhì)量的重要調(diào)節(jié)因子，可以防止?jié)撛谟泻Φ姆枪δ苄缘鞍踪|(zhì)的積累。NMD的生理功能在遺傳病和生物發(fā)育中是眾所周知的，但NMD在衰老過程中的作用在維持正常方面的作用尚不清楚。

作者研究表明NMD活性隨衰老而降低。為了確定NMD介導(dǎo)的RNA監(jiān)測是否對(duì)衰老和長壽調(diào)節(jié)很重要，首先使用NMD報(bào)告基因檢查了NMD活性水平，該報(bào)告基因在Lacz與gfp融合的第一外顯子中含有一個(gè)ptc，sec-23p：gfp：Lacz(Ptc)。在正常條件下，這種轉(zhuǎn)基因被NMD降解，導(dǎo)致GFP變暗；當(dāng)NMD活動(dòng)減少或受阻時(shí)，GFP強(qiáng)度就會(huì)增加；RNAi靶向smg-2 / UPF1，NMD的核心組成部分，GFP表達(dá)增加。圖1可得隨著時(shí)間推移，LacZ（PTC）/LacZ（WT）GFP強(qiáng)度的增加比率，表明NMD活動(dòng)隨年齡增加而減弱。在含有PTC的rpl-12（rpl-12（PTC），一種已確立的NMD內(nèi)源性靶標(biāo)）的mRNA水平，與幼蟲及不含PTC的RPL-12(WT)轉(zhuǎn)錄本相比，老年動(dòng)物的RPL-12(PTC)水平升高，說明NMD的活性在老化過程中會(huì)減少。

NMD有助于延年益壽由daf-2突變所作用的，在線蟲中編碼胰島素/胰島素樣生長因子-1(IGF-1)受體。NMD在不同組織中的活性在衰老過程中下降。SMG-2是一種關(guān)鍵的NMD組分RNA解旋酶，對(duì)包括daf-2突變體在內(nèi)的幾個(gè)菌株的長壽命是必需的。RNAi 靶向NMD其它組分，smg-1至smg-5也抑制了daf-2突變體的壽命。作者對(duì)daf-2突變種進(jìn)行mRNA測序（先反轉(zhuǎn)錄為cDNA，再用Illumina HiSeq 2500 150 bp paired end platform進(jìn)行cDNA測序）和RNA半衰期的測定，通過FastQC檢查高通量測序原始數(shù)據(jù)的質(zhì)量，分析了daf-2突變種中mRNA的下調(diào)情況。數(shù)據(jù)表明，yars-2基因（一個(gè)NMD靶基因，表達(dá)酪氨酰-tRNA合成酶）水平大幅下降，在daf-2突變型中它的作用與長壽相關(guān)（圖2）。NMD介導(dǎo)的RNA質(zhì)量控制對(duì)線蟲的長壽至關(guān)重要。

圖2  NMD is required for the long lifespan of insulin/IGF-1 receptor daf-2 mutants.

秀麗隱桿線蟲（C.elegans）的NMD活性會(huì)隨著衰老發(fā)生而降低，并證明了NMD對(duì)秀麗隱桿線蟲維持長壽至關(guān)重要，為延長人類壽命和預(yù)防衰老相關(guān)的疾病方面提出了新的思路。