年龄增长会让细胞 “译错” 蛋白质？研究发现翻译错误随年龄增加且器官有差异

荧光素酶报告基因系统是一种基于荧光素酶催化底物氧化反应产生生物发光的检测技术，广泛应用于细胞生物学研究。其中，萤火虫荧光素酶(firefly luciferase, Fluc)因其高灵敏度、宽线性检测范围(约7~8个数量级)以及较短的半衰期(在哺乳动物细胞中约为3小时，在植物细胞中约为3.5小时)而成为最常用的报告基因。其发光信号强度在酶浓度为10⁻¹⁶ mol/L至10⁻⁸ mol/L的范围内与酶活性呈线性关系，并且在理想条件下可检测到低至10⁻²⁰ mol/L的荧光素酶活性。此外，荧光素酶报告基因系统具有非放射性、检测快速、灵敏度高(比氯霉素乙酰转移酶CAT高100倍)等优点，特别适用于高通量筛选和活细胞检测。通过将荧光素酶报告基因载体转染至宿主细胞后，可利用荧光素酶检测系统灵敏且便捷地监测基因表达水平，已成为细胞生物学研究中的重要工具。

基本信息

英文标题：Translational error in mice increases with ageing in an organ-dependent manner

中文标题：小鼠翻译错误随年龄增长以器官依赖方式增加

发表期刊：《Nature Communications》

影响因子：15.7

作者单位：

1 Institut für Medizinische Mikrobiologie, Universität Zürich, Zurich, Switzerland

2 Anatomisches Institut, Universität Zürich, and Institut für Bewegungswissenschaften und Sport, ETH Zürich, Zurich, Switzerland

3 genOway, Lyon, France

作者信息：

Erik C. Böttger, Harshitha Santhosh Kumar

研究背景

蛋白质合成的准确性与衰老的关系长期受到关注，核糖体翻译错误(如密码子 - 反密码子错配导致的终止密码子通读、错义氨基酸掺入)是基因表达准确性的限速步骤。早期研究因技术限制难以检测哺乳动物衰老过程中的翻译错误变化，而近期研究表明翻译保真度与寿命相关(如错误倾向型核糖体突变小鼠出现早衰)。本研究通过构建敲入小鼠模型，利用荧光和生物发光成像技术，首次在体内证实翻译错误随年龄增加呈器官依赖性变化，为揭示翻译保真度下降在衰老中的作用提供了直接证据。

研究方法

构建 Kat2-TGA-Fluc 双报告基因(荧光蛋白 Kat2 与荧光素酶 Fluc 通过含 TGA 终止密码子的 linker 连接，终止密码子通读可使 Fluc 表达，通过 Fluc/Kat2 比值量化通读效率)，在 HEK293 细胞中验证其对翻译错误诱导剂(遗传霉素)和错误倾向型核糖体突变(RPS9 D95N)的敏感性，确认 TGA 通读是检测错配的灵敏指标;将 Kat2-TGA-Fluc 通过 Rosa26 位点敲入 BALB/c 小鼠，利用 CAGGS 启动子实现泛表达，验证小鼠胚胎成纤维细胞(MEF)和胚胎干细胞(ES)中遗传霉素诱导的通读活性;对 6-15 月龄小鼠进行活体成像，检测视网膜(替代脑)、后腿肌肉、肝脏的 Fluc 和 Kat2 活性;对 3 月龄和 18 月龄小鼠进行离体器官成像(脑、骨骼肌、肝脏)及组织提取物分析，计算 Fluc/Kat2 比值以评估翻译错误。

实验结果

图1：翻译错误报告基因的验证

A 图展示报告基因设计(错义突变与终止密码子通读模型);

B-E 图显示 HEK293 细胞中，TGA 终止密码子通读频率(4.03×10⁻³)高于错义突变(3.4×10⁻⁴)，且对遗传霉素和 RPS9 D95N 突变更敏感;

F-G 图 Western blot 证实遗传霉素诱导 Kat2-Fluc 融合蛋白(通读产物)的剂量依赖性表达。结果表明 TGA 通读是检测翻译错配的灵敏指标。

图2：Kat2-TGA-Fluc 小鼠模型的验证

A-B 图显示 MEF、ES 和 HEK 细胞经遗传霉素处理后，Fluc/Kat2 比值升高 7-10 倍;

C-D 图活体成像证实小鼠经遗传霉素处理后，Fluc 活性随时间显著增加(4 小时达峰值)，且无性别差异。结果验证模型可在体内检测翻译错误。

图3：小鼠体内翻译错误的年龄相关变化

A 图活体成像显示，15 月龄小鼠视网膜和后腿肌肉的 Fluc/Kat2 比值较 6 月龄增加 40-45%，肝脏无显著变化;

B 图代表性图像显示肌肉和视网膜信号随年龄增强。结果提示体内翻译错误随年龄增加呈器官特异性。

图4：离体器官翻译错误的年龄相关变化

A-C 图显示 18 月龄小鼠脑和骨骼肌的 Fluc/Kat2 比值较 3 月龄分别增加 50% 和 75%(P<0.01)，肝脏无差异;D-E 图离体成像直观显示脑和肌肉的 Fluc 信号随年龄增强。结果证实脑和肌肉的翻译错误随年龄显著增加。

图5：组织提取物中的翻译错误量化

A 表显示 18 月龄小鼠脑(+50%，P=0.0075)和骨骼肌(+75%，P=0.00087)的 Fluc/Kat2 比值显著升高，肝脏无变化;

B-D 图进一步验证组织提取物中脑和肌肉的翻译错误增加。结果从分子水平确认器官依赖性的年龄相关翻译错误升高。

研究结论

本研究首次在体内证实翻译错误随年龄增加呈器官依赖性变化：肌肉(+75%，P<0.001)和脑(+50%，P<0.01)的终止密码子通读显著增加，肝脏无显著变化。结合错误倾向型核糖体突变小鼠早衰的研究，提示翻译保真度下降可能是衰老的重要驱动因素，尤其在有丝分裂后组织(脑、肌肉)中作用显著。该发现为理解衰老机制及开发抗衰老策略提供了新视角。