组蛋白H3K27去甲基酶JMJD3通过调节下丘脑中Kisspeptin通路参与雌性生殖功能和能量稳态的调控

发布时间：2018-03-24 08:54

本文选题：Jmjd3　切入点：kiss1　出处：《南京大学》2017年博士论文

【摘要】：糖尿病已成为21世纪危害人类健康的重要代谢类疾病。糖尿病患者在长期的高血糖环境下能够出现心脑血管疾病,慢性肾疾病,视网膜病变,足部病变等一系列危害健康的并发症。胰腺β细胞功能的下降及数量的减少是导致糖尿病发生的重要病因。近来的一些研究结果表明：除了遗传因素外,表观遗传调控在糖尿病发病机制中也发挥了重要作用。所以进一步的了解和阐明表观遗传调控对β细胞功能和发育的影响及机制将会为糖尿病的诊断和治疗提供新的靶点。JMJD3是最近才被发现的一种表观遗传修饰酶,它能够介导基因启动子上组蛋白H3K27的去甲基化修饰从而使基因处于转录活化状态,进而参与到多种生物学功能的调控。但是,到目前为止还没有关于JMJD3参与糖尿病发病过程的报道。本论文中,我们使用Rip-Cre工具鼠构建了胰腺p细胞中条件性剔除Jmjd3基因的小鼠模型。通过分析发现,剔除小鼠无论在正常饮食还是在禁食状态下血液中葡萄糖和胰岛素的水平均与对照小鼠没有差异；剔除小鼠的腹腔葡萄糖耐量测试结果也与对照小鼠一致；胰腺组织HE染色结果显示两组小鼠的胰岛在形态和大小上也没有明显的差异。这些结果表明JMJD3所介导的表观遗传修饰对胰腺β细胞的功能和发育是非必须的。有趣的是,我们发现剔除小鼠出现了成年型肥胖的表型,并且这种肥胖表型呈现出雌性特异性的特点。与对照鼠相比雌性剔除小鼠的脂肪含量及血清中瘦素的水平显著性的增加,进一步的分析表明剔除小鼠的肥胖表型是由于剔除小鼠运动量的减小,能量消耗水平的降低导致,而非食物摄入量增加所造成的。这种由于运动水平降低,能量消耗量下降导致的雌性成年型肥胖,与雌激素缺失导致的小鼠肥胖模型完全一致,这暗示了剔除小鼠体内雌激素水平或者雌激素下游通路出现了异常。为了验证这种可能性,我们接下来进行了卵巢切除手术以及雌激素补偿治疗实验。实验结果表明,卵巢切除后,剔除小鼠和对照小鼠的运动量和能量消耗处于同一水平并且两组小鼠的体重增加量也相同；另外,雌激素补偿治疗能够显著性的改善剔除小鼠的肥胖表型。已有研究显示RIP-Cre不仅能够介导胰腺β细胞中基因的剔除,而且也能够作用于下丘脑神经元中介导基因的剔除。所以我们推测剔除小鼠的下丘脑-垂体-性腺轴出现了功能性的紊乱。接下来,通过阴道涂片我们发现剔除小鼠的性成熟时间推迟,性周期出现紊乱。雌性剔除小鼠表现出生殖能力逐渐减退,卵巢随年龄增加逐渐退化的症状。相应的,剔除小鼠血清中雌激素水平也显著性的降低。这些结果验证了我们前期的假设。进一步的研究发现雌性个体在青春期发育及发情周期过程中,下丘脑神经元中Jmjd3基因的表达水平呈现出与Kiss1表达相一致的变化趋势。早期研究表明,下丘脑神经元中kiss1在生殖内分泌调控过程中发挥重要功能。实时定量PCR显示剔除小鼠下丘脑前腹侧室旁核中Kiss1表达水平显著性的下调。此外,免疫荧光结果显示JMJD3能够直接表达在Kisspeptin神经元中。所以我们推测JMJD3能够通过调控下丘脑神经元中Kiss1基因启动子上组蛋白H3K27me3的去甲基修饰来调节Kiss1基因的表达,进而参与生殖内分泌过程的调控。接下来,双荧光素酶检测系统的检测结果表明JMJD3能够显著性增强Kiss1基因启动子活性,染色体免疫共沉淀分析证明了JMJD3能够直接结合到Kiss1基因启动子上。与实时定量PCR结果相吻合的是,剔除小鼠下丘脑前腹侧室旁核中Kiss1基因启动子上组蛋白H3K27me3修饰表现出明显的增加趋势。总之,我们的研究发现,JMJD3介导的表观遗传修饰对胰腺β细胞的功能和发育是非必须的。然而,JMJD3能够通过调控下丘脑Kiss1基因启动子组蛋白H3K27me3去甲基修饰来调节Kiss1基因的表达,最终参与生殖内分泌功能的调控。
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【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R587.1

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