RNA G-四链体(rG4)通过介导核糖体停滞加剧细胞衰老的机制研究

本研究针对细胞衰老过程中蛋白质稳态失衡的关键问题，揭示了RNA G-四链体(rG4)通过介导核糖体停滞导致翻译效率下降的新机制。研究人员通过核糖体图谱测序(Ribo-seq)和rG4免疫沉淀测序技术，发现衰老细胞中rG4结构在编码序列(CDS)区域的积累会阻碍翻译延伸，并证实RNA解旋酶DHX9通过调控rG4丰度影响衰老进程。该研究为理解衰老相关蛋白稳态失调提供了新视角，发表于《Protein & Cell》。

　　

随着全球老龄化进程加速，细胞衰老机制研究成为生命科学领域的重要课题。蛋白质稳态(proteostasis)失衡作为细胞衰老的标志性特征，与多种年龄相关疾病密切相关，但其分子机制尚未完全阐明。核糖体停滞(ribosome pausing)被认为是导致蛋白质稳态崩溃的关键因素，然而衰老细胞中核糖体停滞的具体调控机制仍存在知识空白。

为解决这一科学问题，来自广东省心血管病研究所、暨南大学衰老与再生医学研究所等机构的研究团队在《Protein & Cell》发表了创新性研究成果。该研究首次揭示RNA G-四链体(RNA G-quadruplex, rG4)结构通过介导核糖体停滞加剧细胞衰老的分子机制，为延缓衰老提供了新的潜在干预靶点。

研究团队主要运用了四项关键技术：1) 核糖体图谱测序(Ribo-seq)分析年轻与衰老BJ成纤维细胞的翻译效率；2) G-四链体结合蛋白G4P和特异性探针QUMA-1检测rG4动态变化；3) "mCherry-GFP"双荧光报告系统验证rG4介导的翻译停滞；4) 免疫印迹和免疫组化分析DHX9在细胞和24月龄小鼠组织中的表达变化。

研究结果部分，"核糖体停滞降低翻译效率并在衰老细胞的mRNA G富集区域富集"显示，通过Ribo-seq分析发现衰老细胞中43.4%的翻译下调基因伴随核糖体暂停评分(RPScore)下降，且停滞位点下游富含鸟嘌呤序列。图1I展示的内皮蛋白酶FURIN在衰老细胞中翻译效率降低，其CDS区含有G富集序列。

"RNA G-四链体信号在衰老细胞中增加并阻碍翻译"部分证实，rG4特异性探针QUMA-1检测显示复制型和损伤诱导衰老细胞中rG4水平显著升高（图2A-C）。G4P-RIP-seq与Ribo-seq联合分析发现60.68%的重叠基因表现出翻译效率下降，包括含有潜在rG4序列的RNF213和HELZ2基因（图2E-G）。GO分析显示rG4富集基因主要参与核糖体相关通路（图2H-I）。

"RNA G-四链体加剧核糖体停滞导致翻译障碍"通过双荧光报告系统证实，rG4序列导致mCherry+/GFP-斑点增加（图3D-E），体外无细胞合成系统显示rG4组截短mCherry蛋白积累（图3F-G）。稳定剂cPDS处理激活eIF2α磷酸化（图3H），增加多核糖体水平（图3I）和聚集体形成（图3J-K），表明rG4确实导致核糖体碰撞。

"RNA G-四链体稳定加速细胞衰老"部分显示，cPDS处理使衰老标志物p16表达增加（图4H），SA-β-Gal阳性细胞比例升高（图4E-F），衰老相关分泌表型(SASP)因子表达上调（图4O）。在损伤诱导衰老模型中，cPDS同样增加rG4信号和衰老标志（图4I-L）。

"DHX9缺陷促进RNA G-四链体稳定并加速细胞衰老"揭示，DHX9在衰老细胞中表达降低（图5D），其缺失导致rG4积累（图5E-F）和截短蛋白产生（图5G-I）。图5J-K显示DHX9缺陷细胞中聚集体显著增加，证实其通过解旋rG4维持蛋白质稳态。

"老年小鼠肝肺中蛋白质稳态破坏伴随DHX9降低和rG4增加"显示，24月龄小鼠肝肺组织DHX9表达显著降低（图6B-D），尾尖成纤维细胞(TFB)中rG4水平升高（图6L-M），eIF2α磷酸化增强（图6N-P），聚集体积累（图6Q-R），与体外衰老模型表型一致。

讨论部分强调，该研究首次阐明rG4通过CDS区介导的核糖体停滞在衰老中的作用。DHX9作为关键调控因子，其年龄依赖性下降导致rG4解旋能力不足，引发翻译延伸障碍和蛋白质稳态崩溃。研究不仅揭示了rG4在翻译调控中的新功能，还为延缓衰老提供了DHX9激活剂和rG4解旋剂等潜在干预策略。在老年小鼠组织中的验证表明该机制具有生理相关性，为理解器官衰老提供了新视角。