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文献解读|PRDM16通过促进脂解活性抑制猪白脂肪生成


点击次数:107 发布时间:2019-12-24

脂肪组织主要分为白色脂肪组织(WAT)和棕色脂肪组织(BAT),分别由白色和棕色脂肪细胞组成。在低温条件下,白色脂肪细胞可转变为褐色脂肪细胞,即米黄色脂肪细胞。棕色和米色脂肪细胞消散能量并产生热量,这在对抗冷应激和肥胖方面很重要,而WAT不仅是一个能量储存器官,也是一个内分泌分泌器官,在能量平衡方面发挥着重要作用。PRDM16(The positive regulatory domain containing16)在冷应激刺激下主要影响白脂肪细胞的“褐变”。猪脂肪细胞的组成与啮齿动物和人类完全不同,猪缺乏棕色脂肪细胞,而关键调节剂UCP1大约在两千万年前就被破坏了。最近,研究发现,抗敏猪品种(如闽猪和藏猪)可以通过表达UCP3基因诱导白色脂肪细胞褐变为进化机制,从而以一种抗寒的方式对抗寒冷的环境压力。此外,由于猪缺乏功能性UCP1基因,有学者使用CRISPR-Cas9系统将功能性小鼠UCP1敲入猪基因组,发现其调温能力得到提高。然而,白色脂肪细胞并未“变褐”,因此猪白色脂肪细胞的“变褐”机制或新陈代谢机制仍不清楚。华南农业大学教授、博士生导师王翀及其团队就这一问题研究了PRDM16在猪白脂肪细胞分化和能量代谢中的作用,这可能为抗击肥胖和改善新生仔猪的生存方式提供一些新见识。

题目:

PRDM16 Represses the Pig White Lipogenesis through Promoting Lipolysis Activity期刊:BioMed Research International

影响因子:2.2

PMID:31312653

一作者:华南农业大学博士研究生顾婷等

作者单位:华南农业大学

索莱宝合作产品:抗体

商品名称

货号

Anti-UCP3 Polyclonal Antibody

K002819P

PRDM16基因的正调控区是一个显性转录调控因子,有利于啮齿动物白脂肪细胞的“褐变”。由于白色脂肪的“褐变”对猪抗寒生热、避免肥胖症、提高肉质具有重要意义,因此了解PRDM16基因在猪脂肪“褐变”和能量代谢中的关键作用具有重要意义。然而,猪脂肪的构成与啮齿动物和人类有很大不同,因为它们甚至在新生仔猪身上也没有棕色脂肪组织(BAT)。本研究分离猪原代前脂肪细胞,探讨PRDM16在前脂肪细胞分化中的作用。结果表明,PRDM16的PR结构域的过表达抑制了猪前脂肪细胞的分化,表现为油红O染色和甘油三酯的沉积。Western blot检测水平显示PR域的过度表达显著增加了脂肪分解和线粒体氧化能力。此外,作者还纯化了由PR结构域编码的蛋白,证明该蛋白具有H3K9me1甲基转移酶活性。总之,猪PRM16基因的PR结构域通过促进猪的前体脂肪细胞的氧化活性而抑制了猪前体脂肪细胞的成熟。

1. PRDM16基因PR域的过表达抑制白色脂肪形成

作者从1日龄雄性Landrace猪的皮下脂肪组织中分离出猪前体脂肪细胞,并在细胞达到60%时转染pcDNA3.1-PR载体或pcDNA3.1载体。与载体一起温育6小时后,将细胞在新的培养基中继续培养12小时,然后诱导分化,并收集不同时间的脂肪细胞用于进一步的分子分析。qPCR结果显示PR结构域已成功转染到猪前脂肪细胞中,并表达出明显高于空白载体的蛋白(图1)。如图2所示,PR结构域的过表达抑制了白色脂肪形成,这由成熟脂肪细胞中油红色O染色的脂滴(第8天)表明。

2. PR结构域的过度表达抑制了甘油三酯的沉积

为了研究PR结构域对甘油三酯沉积的影响,作者收集了分化成熟的脂肪细胞,并在冰磷酸盐缓冲液(PBS)中均质。1000g离心10 min后,收集上清液进行甘油三酯分析。结果表明,PR结构域的过度表达在分化第8天明显抑制了甘油三酯的沉积,而在分化第5天,没有观察到明显的抑制作用(图3)。

3. PRDM16的PR域通过促进其氧化活性来抑制白色脂肪形成

由于PRDM16基因是棕色脂肪细胞的决定因素,可以刺激啮齿动物的线粒体生物发生并解耦细胞呼吸,因此作者进一步检测了白色和棕色脂肪谱系共有的基因,例如过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ),CCAAT增强子结合蛋白α(C /EBPα),脂肪细胞蛋白2(AP2,也称为FABP4)和褐色脂肪选择性表达的基因。在转染PR域载体的猪前脂肪细胞中,通过Western blot分析长链脂肪酸(ELVOL)和线粒体电子传递基因细胞色素C氧化酶亚基III(COX3)的表达。结果表明,在分化过程中,转染PR结构域的脂肪细胞与转染对照载体的脂肪细胞相比,COX3和ELOVL的表达增加,表明PR结构域提高了脂肪酸代谢水平。

由于猪没有UCP1基因,作者通过测试猪特异性褐变基因UCP3的蛋白质表达水平,进一步检查猪脂肪细胞中的热解偶联过程是否被激活。作者还测试了脂肪分解基因激素敏感性脂肪酶(HSL),以确定脂肪细胞中细胞质中脂肪酸的水解是否增加。结果表明,在分化的第8天,在脂肪细胞转染的PR域中,UCP3升高,脂解基因HSL也被上调,这些数据表明PR结构域足以促进脂解和脂肪酸氧化。

4. PR过表达对总蛋白甲基化的影响

作者用pET-28a载体表达了PR结构域编码蛋白,载体上带有his标记,可以通过Ni NTA柱进一步纯化。用3K9me1抗体的Western blot结果显示,与His-tag蛋白相比,PR-his重组总蛋白显示出更高的甲基化活性。表明PR结构域具有H3K9me1甲基转移酶的活性。

在这项研究中,作者证明了PRDM16的PR结构域的过度表达抑制了猪前脂肪细胞的脂肪生成和促进脂肪酸氧化。此外,UCP3的表达增加证明UCP3代替UCP1成为猪体内的致热解偶联蛋白,提高了猪的抗寒能力。作者认为PRDM16基因的PR结构域通过H3K9me1活性促进脂肪分解活性,在抑制猪脂肪生成中发挥作用,但这需要更多的研究来阐明其机制。

货号

商品名称

K009213P

Anti-UCP3 Polyclonal Antibody

K009215P

Anti-PPARγ Polyclonal Antibody

K007397P

Anti-CEBPA Polyclonal Antibody

K107144P

Anti-CEBPA Polyclonal Antibody

K009348P

Anti-CEBPA Polyclonal Antibody

K000321P

Anti-FABP4 Polyclonal Antibody

K106907P

Anti-FABP4 Polyclonal Antibody

K006742P

Anti-FABP4 Polyclonal Antibody

K008432P

Anti-ELOVL1 Polyclonal Antibody

K200058M

Anti-β-Actin Monoclonal antibody

K101527P

Anti-β-Actin Monoclonal antibody

K006153P

Anti-β-Actin Monoclonal antibody

 
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