LET-767和ANC-1调控秀丽线虫脂肪代谢机制的研究

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大量研究发现,长寿突变体往往会积累更多的脂肪,有选择性地延长生物的寿命也会伴随着脂肪积累的增加,因此寿命与能量代谢之间有非常密切的联系,但是二者之间具体的调节机制仍然不清楚。胰岛素信号通路在调控寿命与能量代谢中发挥非常重要的作用,并且在秀丽线虫(Caenorhabditis elegans)到哺乳动物中非常保守。在秀丽线虫中,胰岛素受体突变体daf-2脂肪含量高同时寿命延长。DAF-2调控下游能量代谢及寿命相关靶基因依赖于叉头蛋白转录因子DAF-16。在细胞中,脂肪储存在脂滴(lipid droplets,LDs)中。脂滴是一种在酵母到哺乳动物中都非常保守的球形细胞器,由单层磷脂膜包含甘油三酯和胆固醇酯构成,脂滴表面有很多脂滴蛋白。脂滴蛋白在脂肪储存过程中发挥非常重要的作用。本研究将脂滴做为切入点,探讨寿命与能量代谢之间的调节机制。  本研究提取纯化野生型和daf-2突变体线虫的脂滴,分析二者脂滴蛋白的差异,共找到167个脂滴相关蛋白发生显著性变化。通过RNAi筛选,找到类固醇脱氢酶LET-767,抑制let-767能够降低daf-2突变体脂肪含量,缩短daf-2突变体寿命。脂滴蛋白组结果显示,在daf-2突变体脂滴中,LET-767表达量是野生型的三倍。实验发现,在daf-2突变体中,LET-767仅表达在部分脂滴上。同时发现,在daf-2突变体中,LET-767总蛋白表达量增加。let-767干扰后,甘油三酯水解酶1(adipose triglyceride lipase1,ATGL-1)的表达量增加,脂肪分解加速,从而降低daf-2和age-1的脂肪含量。ATGL-1过表达能够恢复daf-2的突变体寿命至野生型水平。let-767调节ATGL-1表达依赖于转录因子DAF-16/FoxO;同时let-767干扰促进DAF-16转录因子的入核。综上所述,LET-767通过DAF-16转录因子调节ATGL-1的表达,进一步调控线虫脂肪积累和寿命。  目前公认脂滴起源于内质网,本论文另外一部分研究工作讨论内质网在脂滴形成中发挥的重要作用。通过EMS筛选找到kun55突变体,其脂肪含量非常低。通过经典遗传学定位结合DNA测序,确定kun55突变体的突变基因为anc-1。anc-1编码秀丽线虫KASH蛋白家族中的ANC-1,与哺乳动物中的SYNE1和SYNE2蛋白同源。ANC-1蛋白参与调节细胞核和线粒体的定位。由于ANC-1蛋白分子量高达956.5kDa,因此我们通过原位整合技术,将GFP蛋白插入线虫基因组的特定位置,稳定遗传并表达,从而构建了ANC-1∷GFP转基因线虫。ANC-1蛋白表达在细胞质中,在肠道细胞的细胞核周围表达较丰富。通过研究发现,在anc-1(kun55)和anc-1(e1873)突变体中,内质网形态严重被破坏,由正常的网状结构,聚缩成球状分布于细胞质中。大量研究显示,内质网在脂滴的形成及扩大过程中发挥非常重要的作用。内质网形态结构被破坏后,导致脂滴标记蛋白DHS-3和DGAT-2表达及分布紊乱。综上所述,ANC-1通过维持内质网形态调节脂滴的形成和扩大。
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