Proteostasis in the aging brain

总结 该项目的目标是了解成体干细胞中的蛋白质质量控制机制， 它们的后代在衰老过程中受到调节，目的是恢复老细胞的功能。保存 一个原始蛋白质组正在成为一个关键的机制，维持细胞功能的整个生命。 维持蛋白质质量控制的机制的破坏导致蛋白质聚集疾病， 无脊椎动物模型的加速老化。 然而，具有不同作用的细胞类型如何调节蛋白质 长期内的体内平衡仍未得到探索，特别是在哺乳动物中。成年人的大脑提供了 了解不同功能细胞类型中蛋白质质量控制机制的独特范例。它 含有静止的神经干细胞（NSC）的水库，这些细胞可以激活并反过来产生分化的神经干细胞。 具有特殊功能的细胞-神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。在衰老过程中，神经干细胞的能力， 退出静止期和它们产生新神经元的能力都急剧下降，但这种恶化不是 它是不可阻挡的，可以通过包括饮食在内的环境干预来逆转。然而， 能调节神经干细胞功能的基因在很大程度上是未知的。 我们最近开始了一个系统的表征蛋白质聚集和蛋白质稳态 在年轻的NSC及其后代中的机制。 令人兴奋的是，我们发现静止的神经干细胞含有大量的蛋白质， 存在于大溶酶体中未降解的聚集体。营养缺乏可以清除蛋白质聚集体 并增强它们的激活能力，这一过程受衰老的影响很大。 有趣的是， 来自年轻小鼠和小鼠的seq谱显示，来自老年小鼠的静止NSC表现出很大程度的 转录组范围随年龄变化。 该项目的中心假设是，蛋白质质量控制 机制在具有不同功能的细胞类型中不同，这可能是它们不同程度的 随着年龄的增长而恶化，并可用于特异性改善衰老细胞。 为了验证这个想法，我们建议 以下实验： 1. 了解蛋白质聚集体和蛋白质质量控制机制如何受到 增加年龄和恢复活力的战略 2. 特异性调节蛋白质抑制机制以改善老年NSC的功能， 分化后代 3. 确定神经干细胞中蛋白聚集体的组成并产生新的聚集体报告基因 及其后代 这些目标的完成将为蛋白质聚集体的调节提供独特的机制见解 以及它们在再生细胞及其分化后代中老化过程中的改变。 这项研究还应 提供对蛋白质质量控制如何在不同细胞中进行机械调节的基本理解 类型这些知识应该为建立新的方法“复兴”老细胞和恢复 蛋白质聚集体，这将是改善组织功能的关键步骤，在老化和年龄相关 疾病

SUMMARY    The  goal  of  this  project  is  to  understand  how  protein  quality  control  mechanisms  in  adult  stem  cells  and  their progeny are regulated during aging, with the objective to restore the functionality of old cells. Preservation  of  a  pristine  proteome  is  emerging  as  a  critical  mechanism  for  maintaining  cellular  function  throughout  life.  Disruption  in  the  machinery  that  maintains  protein  quality  control  leads  to  protein  aggregation  diseases  and  accelerated  aging  in  invertebrate  models.  However,  how  cell  types  with  different  roles  regulate  protein  homeostasis during long periods of time remains unexplored, particularly in mammals. The adult brain offers a  unique paradigm for understanding protein quality control mechanisms in cell types with different functions. It  contains reservoirs of quiescent neural stem cells (NSCs) that can activate and in turn generate differentiated  cells with specialized function – neurons, astrocytes, and oligodendrocytes. During aging, the ability of NSCs to  exit quiescence and their ability to produce new neurons both decline dramatically yet this deterioration is not  inexorable and can be reversed by environmental interventions, including diet. However, the mechanisms that  can regulate NSC function are largely unknown.     We  recently  embarked  on  a  systematic  characterization  of  protein  aggregates  and  proteostasis  mechanisms  in  young  NSCs  and  their  progeny.  Excitingly,  we  find  that  quiescent  NSCs  contain  large  protein  aggregates that are present undegraded in large lysosomes. Nutrient deprivation can clear protein aggregates  and  enhance  their  ability  to  activate,  a  process  that  is  dramatically  affected  by  aging.  Interestingly,  our  RNA-­ seq  profiling  from  young  and  also  mice  reveal  that  quiescent  NSCs  from  old  mice  exhibit  a  large  degree  of  transcriptome-­wide  change  with  age.  The  central  hypothesis  of  this  Project  is  that  the  protein  quality  control  mechanisms  differ  in  cell  types  with  distinct  functions,  which  could  underlie  their  different  degree  of  deterioration  with  age  and  could  be  used  for  specifically  ameliorating  old  cells.  To  test  this  idea,  we  propose  the following experiments:    1.  To  understand  how  protein  aggregates  and  protein  quality  control  mechanisms  are  influenced  by  increasing age and by rejuvenating strategies    2.  To  specifically  modulate  proteostasis  mechanisms  to  ameliorate  function  in  old  NSCs  and  their  differentiated progeny    3.  To  determine  the  composition  of  protein  aggregates  and  generate  new  aggregate  reporters  in  NSCs  and their progeny    Completion of these Aims will provide unique mechanistic insights into the regulation of protein aggregates  and  their  alteration  during  aging  in  regenerative  cells  and  their  differentiated  progeny.  This  study  should  also  provide  fundamental  understanding  of  how  protein  quality  control  is  mechanistically  regulated  in  different  cell  types. This knowledge should pave the way for building new methods for ‘rejuvenation’ of old cells and restore  protein  aggregates,  which  will  be  a  critical  step  for  improving  tissue  function  during  aging  and  age-­related  disease.