Sirtuins in Lung Aging and Fibrosis

Sirtuins 在肺衰老和纤维化中的作用

基本信息

  • 批准号:
    9210543
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-01-01 至 2019-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

 DESCRIPTION (provided by applicant) Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a disease of aging. IPF carries a high morbidity and mortality, with a median survival rate of less than three years. The incidence and prevalence of IPF increase drastically with age; however, despite this strong association, cellular/molecular mechanisms that account for the aging predilection to fibrotic disease have not been elucidated. Recent studies from our laboratory have identified a reactive oxygen species (ROS)-generating enzyme, NADPH oxidase-4 (Nox4), in mediating differentiation of fibroblasts (Fbs) to myofibroblasts (MFbs), key effectors of fibrogenesis, and in in-vivo lung fibrosis in murine models of lung injury. Our preliminary studies indicate that the biological actions of Nox4 may be modulated by the expression of SIRT3, a mitochondrial sirtuin. Both cellular senescence and TGF-β1 mediate suppression of SIRT3; our preliminary studies support a role for epigenetic silencing of SIRT3 involving both DNA methylation and histone modification. Decreased expression of SIRT3 promotes a senescent and pro-fibrotic Fb phenotype. TGF-β1-induced down-regulation of SIRT3 is associated with hyper-acetylation of mitochondrial proteins, supporting a role for altered mitochondrial bioenergetics in MFbs. Human subjects with IPF express low levels of SIRT3 in myofibroblastic foci (by immunohistochemistry), as well as in ex-vivo Fbs isolated from IPF lungs. We have developed a novel aging model of non-resolving fibrosis in mice; fibrosis in young mice (2 months) resolves by >50% by 4 months post-bleomycin, whereas aged mice (18 months) show persistent fibrotic response. While SIRT3 levels decrease during the fibrogenic phase in both groups, young mice demonstrate a capacity to recover SIRT3 levels during resolution; in contrast, aged mice manifest sustained down-regulation of SIRT3. The central hypothesis to be tested in this grant proposal is that, in the context of aging, lung injury results in sustained, epigenetically-regulated SIRT3 silencing that leads to mitochondrial dysfunction, MFb senescence and apoptosis resistance, leading to persistent fibrosis with aging. Our specific aims are to: (1) determine epigenetic mechanisms for SIRT3 down-regulation with cellular senescence and with TGF-β1 signaling in lung Fbs; (2) determine the role of SIRT3 in regulating mitochondrial bioenergetics, Fb senescence and apoptosis resistance; (3) determine whether whole-animal SIRT3 knockout and/or conditional genetic deletion of SIRT3 in collagen-producing/mesenchymal cells induce(s) persistent fibrosis in young mice. The completion of the Aims in this proposal will: (a) elucidate epigenetic mechanisms that control SIRT3 expression with cellular senescence/aging; (b) provide mechanistic insights into the role of SIRT3 in maintenance of mitochondrial bioenergetics and cellular plasticity/fate; (c) provide proof-of-concept that SIRT3 induction in the context of age-associated fibrosis facilitates fibrosis resolution, uncovering a novel therapeutic approach to non-resolving fibrotic disorders such as IPF.
 描述(由申请人提供) 特发性肺纤维化 (IPF) 是一种发病率和死亡率较高的疾病,中位生存率低于三年,但尽管与细胞密切相关,但 IPF 的发病率和患病率却随着年龄的增长而急剧增加。 /我们实验室最近的研究发现了一种活性氧 (ROS) 生成酶——NADPH 氧化酶-4,导致衰老易患纤维化疾病的分子机制尚未阐明。 (Nox4),在介导成纤维细胞 (Fbs) 向肌成纤维细胞 (MFbs) 的分化(纤维形成的关键效应物)以及小鼠肺损伤模型的体内肺纤维化中,我们的初步研究表明,Nox4 的生物学作用可能受到调节。通过 SIRT3(一种线粒体 Sirtuin)的表达,细胞衰老和 TGF-β1 均介导 SIRT3 的抑制; SIRT3 的表观遗传沉默涉及 DNA 甲基化和组蛋白修饰,SIRT3 表达的减少会促进衰老和促纤维化的 Fb 表型,TGF-β1 诱导的 SIRT3 下调与线粒体蛋白的过度乙酰化有关,支持了这一作用。 MFb 中线粒体生物能发生改变。患有 IPF 的人类受试者在肌成纤维细胞病灶中表达低水平的 SIRT3(通过年轻小鼠(2 个月)的纤维化在博莱霉素治疗后 4 个月内消退了 50% 以上,而老年小鼠(18 个月)则显示出持续的纤维化反应,虽然两组小鼠的纤维化阶段 SIRT3 水平均下降,但年轻小鼠表现出纤维化反应的能力。在解决过程中恢复 SIRT3 水平;相比之下,老年小鼠表现出 SIRT3 的持续下调。本拨款提案要测试的中心假设是,在衰老的情况下,肺损伤会导致持续的、表观遗传调节的 SIRT3 沉默,从而导致线粒体功能障碍,MFb。我们的具体目标是:(1) 确定 SIRT3 下调与细胞衰老和肺 Fb 中 TGF-β1 信号传导的表观遗传机制; (2) 确定 SIRT3 在调节线粒体生物能、Fb 衰老和细胞凋亡抵抗中的作用;(3) 确定整个动物 SIRT3 敲除和/或胶原生成/间充质细胞中 SIRT3 的条件性基因删除是否会诱导持续性纤维化。该提案中的目标的完成将: (a) 阐明控制 SIRT3 表达与细胞衰老/老化的表观遗传机制;提供有关 SIRT3 在维持线粒体生物能学和细胞可塑性/命运中的作用的机制见解;(c) 提供概念证明,证明在年龄相关的纤维化背景下诱导 SIRT3 有助于纤维化消退,从而揭示了一种新的非纤维化治疗方法。 -解决纤维化疾病,例如IPF。

项目成果

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