锌调控秀丽线虫脂肪代谢分子机制的研究

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固醇调节元件结合蛋白(Sterol regulatory element binding proteins,SREBPs)是属于bHLH-Zip转录因子家族的成员,是调控脂肪酸、甘油三酯和胆固醇等脂类代谢的重要转录因子。早期研究表明SREBPs与代谢性疾病,如肥胖、2-型糖尿病、动脉粥样硬化、高血脂症和脂肪肝等密切相关。近年来,关于SREBPs的调控网络越来越受到人们关注,对于其靶基因、调节机制和抑制剂等均有研究,但是对于其遗传抑制子至今尚无报道。根据遗传抑制子的作用方式可以将其归为两大类,基因内抑制和基因外抑制。基因内抑制子主要通过回复突变、第二位点代偿性突变和顺式作用下的显性突变等发挥功能;基因外抑制的作用途径主要是无义介导的衰变途径紊乱、旁路抑制、非特异性的生理效应、基因剂量的改变和调制器的活性等。由于遗传抑制子的各种各样的作用方式,对某一关键基因的遗传抑制子的研究成为揭示该基因的表达、功能及其相互作用因子的强而有力的手段。因此,寻找SREBPs的遗传抑制子,将加深和拓展我们对SREBPs调控脂代谢机理、以及肥胖相关代谢性疾病发病机理的认识,同时可能发掘出新的脂代谢调控基因,并为这些疾病的预防和治疗提供新的作用靶点。  模式生物秀丽线虫由于其与哺乳动物小鼠和人的能量代谢通路高度保守,且具有大规模遗传筛选的优势,逐渐成为研究脂肪代谢和进行遗传筛选的模式生物。而且秀丽线虫中有SREBPs的同源基因sbp-1,其功能和哺乳动物中的SREBPs类似。因此,我们利用秀丽线虫sbp-1基因突变体,通过甲基磺酸乙酯(Ethylmethylsulfone,EMS)随机诱变筛选到14个SREBPs的遗传抑制子,并根据线虫的单核苷酸多态性,采用分离分群分析法和全基因重测序的方法,对其中三个抑制子(kun82、kun83和kun84)进行图位克隆,寻找抑制子的候选基因,结果表明kun82是在smg-2基因第七个外显子上发生错义突变(G805D),使该基因所编码的Upf1同源蛋白质功能缺失,进而影响包含有过早翻译终止密码子的RNA降解途径;kun83是在dhc-1第八个外显子发生变异(A2443T),dhc-1编码一种胞质动力蛋白的重链;kun84在基因sur-7第四个外显子上发生突变(P191L),sur-7编码蛋白属于阳离子转运蛋白家族成员,与重金属锌离子的跨膜运输相关。  之后我们重点针对遗传抑制子sur-7,通过遗传学和分子生物学等方法阐明sur-7与sbp1调控脂代谢的相互作用机制进行深入研究。结果如下:  1,我们通过遗传杂交方法构建sur-7基因不同位点突变体与sbp-1(ep79)的双突变株sur-79(tm6523);sbp-1(ep79)和sur-79(ku119);sbp-1(ep79),经尼罗红固定染色、气相色谱和薄层层析等方法表明sur-7能够恢复sbp-1功能缺失导致的表型,如脂滴大小和脂肪含量恢复至野生型水平、SCDs活性及其产物C18:1n-9含量也恢复至野生型水平、生长发育也部分恢复。同时我们还发现sur-7所属的阳离子扩散家族中另一成员cdf-1也能够抑制突变体sbp-1(ep79)的表型。  2,通过构建sur-7(tm6523);KQ377(Psbp-1∷sbp-1∷gfp)进行荧光观察和qPCR检测sur-7突变背景下sbp-1的转录水平的结果表明sur-7既不影响sbp-1在转录水平的表达,也不影响sbp-1的蛋白水平和成熟加工。  3,综上,我们推测sur-7通过旁路抑制sbp-1的作用影响线虫的脂肪堆积,并通过实验验证了这一推测的正确性,验证方法及结果如下:  3.1)我们通过外源添加硫酸锌和螯合剂TPEN的方法,并利用尼罗红固定染色及薄层层析分析的方法,发现sur-7和cdf-1对sbp-1的抑制作用依赖于锌离子的正常水平,且锌离子水平在一定条件下影响线虫的脂肪代谢,如锌过载致使单突变体sur-7和cdf-1的脂肪含量降低,相反地,锌离子的缺乏能够增大线虫中的脂滴、增加线虫中脂肪的积累;  3.2)采用RNA干扰的方法筛选sbp1的下游靶基因并利用气相色谱分析法检测脂肪酸含量的变化,结果表明锌离子水平通过影响线虫中SCDs的活性,改变单不饱和脂肪酸(C16:1-n7和C18:1n-9)与饱和脂肪酸(C16:0和C18:0)的比例,进而影响线虫中甘油三酯的堆积;  3.3)通过RNA干扰降低脂肪酸内源合成途径相关基因acs-1的表达,线虫中SCDs的活性降低,进而使线虫中脂滴减小、甘油三酯的含量降低,恢复sur-7对sbp-1的遗传抑制作用,抵抗锌离子缺乏导致的脂肪积累;  3.4)此外,我们还发现sur-7对sbp-1的遗传抑制作用依赖于脂肪酸合成相关基因let-767和枷n-1的正常表达。而锌离子缺乏导致的脂滴增大和脂肪积累部分依赖于let-767。  结论:线虫中锌离子绕过SREBP通过旁路途径直接调控SCDs的活性,影响脂肪酸的内源合成,进而调节脂肪的代谢。
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