MPC1在小鼠能量代谢中的作用机制研究

发布时间：2020-11-01 07:59

　　 MPC全称为线粒体丙酮酸转运载体,是位于哺乳动物线粒体膜上的一种复合蛋白,由MPC1和MPC2两个亚基组成,主要负责将丙酮酸从基质转运到线粒体膜内,在机体整个能量代谢路径中发挥着至关重要的作用。由于缺乏MPC1和MPC2具有胚胎致死性,所以无法构建基因敲除纯合鼠。常通过杂合子或组织特异性敲除手段来研究MPC的生物学功能。本研究利用CRISPR/Cas9技术构建了 MPC1杂合子小鼠模型。通过研究该模型在能量代谢表型上的变化,并借助组学技术和qPCR与Western blot技术探索MPC1受损后能量补偿的分子调控机理,为进一步探究MPC1在能量代谢过程中的作用提供科学依据。(1)通过CRISPR/Cas9技术,成功构建了可以稳定遗传的理想小鼠模型。Western blot鉴定表明该小鼠模型的MPC1蛋白表达量显著降低60%。(2)对获得的MPC1+/-小鼠进行了为期24周的喂养实验,对其能量代谢表型研究发现,小鼠体重和活动量降低,糖异生能力减弱,脂肪积累减少;在受到饥饿和寒冷刺激时,棕色脂肪活性降低且脂质分解能力增强。而给予高脂饮食后,MPCl+/-小鼠恢复到正常小鼠的代谢水平。以上结果说明,为了补偿MPC1受损造成的能量代谢不足,MPC1+/-小鼠采用脂肪类物质代替糖类物质为机体提供能量。(3)肝脏是体内进行糖脂代谢的重要器官。为了进一步探究MPC1+/-小鼠能量代谢途径变化的分子机制,对MPC1+/-小鼠肝脏进行蛋白质组学和转录组学分析。两个组学结果揭示的能量代谢通路变化趋势一致,MPC1+/-小鼠肝脏脂质氧化分解能力增强,合成分化能力减弱。该结果进一步证实了表型研究中的发现。(4)表型研究发现MPC1+/-小鼠脂肪积累显著减少,进一步选取白色脂肪和棕色脂肪组织进行转录组学分析。结果显示,两类脂肪组织在转录组学中的能量代谢通路变化趋势一致,主要表现在MPC1+-小鼠脂质氧化能力增强,合成分化能力减弱。该结果与肝脏组织的组学分析结果相一致。(5)本研究通过qPCR和Western-blot方法探究了 MPC1+/-小鼠能量调控分子机理。当MPC1蛋白活性减弱时,通过抑制PPARγ、SREBP-1C和C/EBPs信号通路,进而下调脂肪合成相关酶类:ATP柠檬酸裂解酶(ALCY),脂肪酸合成酶(FASN)和乙酰辅酶A羧化酶(ACC)的表达而降低脂质合成,减少脂肪积累;通过激活PPARα信号通路,增加脂肪中甘油三酯脂肪酶(ATGL),激素敏感酯酶(HSL)和脂滴外周包被蛋白(Perilipines)的表达,促进脂肪的分解代谢。本研究通过CRISPR/Cas9系统构建了 MPC1杂合子小鼠模型,并以此为模型研究了 MPC1表达量降低后对机体能量代谢的影响。结果证明,MPC1+/-小鼠通过降低机体脂肪合成积累,增强脂肪酸代谢来代替糖类为机体供能。本研究为进一步探究MPC1的生理功能提供了新的理论依据,也为治疗癌症和其他慢性代谢疾病提供了新的思路和靶点。
【学位单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R346
【部分图文】：

内氧化分解的途径包括糖酵解和氧化磷酸化。糖酵解依赖分布于胞膜上的葡萄糖转??运体，可将胞外毛细血管内的葡萄糖转运入胞内，通过一系列糖酵解酶分解后生成??终产物丙酮酸。如图１－１所示，在有氧条件下，丙酮酸通过线粒体丙酮酸转运蛋白??（Ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ?ｐｙｒｕｖａｔｅ?ｃａｒｒｉｅｒ，?ＭＰＣ），进入线粒体内氧化脱羧生成乙酰辅酶Ａ，后??者进入三羧酸循环（Ｔｒｉｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ?ａｃｉｄ?ｃｙｃｌｅ，?ＴＣＡ），彻底氧化成Ｈ２０和Ｃ０２〇在??无氧条件下，丙酮酸转化成乳酸，并通过分布于胞膜的单羧基转运体分泌至胞外，??进入血液循环，到达肝脏后通过糖异生作用，转变成肝糖原或血糖，形成乳酸循环。??三羧酸循环是机体将糖或其他物质氧化而获得能量的最有效方式。在糖代谢中，糖??经此途径氧化产生的能量最多。每分子葡萄糖经有氧氧化可净产生３２分子ＡＴＰ或??３０分子ＡＴＰ。相对于糖氧化代谢，脂肪酸的Ｐ－氧化也是供应机体所需大量能量的重??要路径，以十六个碳原子的饱和脂肪酸硬脂酸为例，其Ｐ－氧化过程可净产生１０６分??子的ＡＴＰ。脂肪酸的Ｐ－氧化产生的ＣｏＡ是一种重要的中间化合物

内容及意义??粒体运输丙酮酸的重要载体，当ＭＰＣ１受损后，丙响ＴＣＡ的正常运转，近而影响机体的能量代谢。因此径中发挥重要作用。目前我国开展ＭＰＣ１的研究较胎致死性，所以针对ＭＰＣ１的研宄主要在细胞水平，明，ＭＰＣ１活性受到抑制后可导致肝脏糖异生速率降低ＩＩ型糖尿病的发生；同时也可通过影响葡萄糖刺激的的传导。且有多项研究表明ＭＰＣ１蛋白活性与癌症等ＭＰＣ１如何参与调控能量代谢可以作为突破口来研究癌症等慢性疾病的预防和治疗提供一个崭新视角。研助我们更好地了解ＭＰＣ１蛋白在营养和代谢方面的

ｉｎｄｅｌｓ?ｏｆ?ｖａＨａｂｌｅ??ｌｅｎｇｔｈ??图１－６?ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ９技术示意图［４９］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｆｏｒ?ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ９?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ１４９１??１．４本文研究内容及意义??１．４．１研究意义??ＭＰＣ１是线粒体运输丙酮酸的重要载体，当ＭＰＣ１受损后，丙酮酸不能顺利进??入线粒体而影响ＴＣＡ的正常运转，近而影响机体的能量代谢。因此ＭＰＣ１在机体??整个能量代谢路径中发挥重要作用。目前我国开展ＭＰＣ１的研究较少，由于ＭＰＣ１??全缺失后导致胚胎致死性，所以针对ＭＰＣ１的研宄主要在细胞水平，动物实验相对??较少。有研宄表明，ＭＰＣ１活性受到抑制后可导致肝脏糖异生速率降低，进而影响??葡萄糖稳态，降低ＩＩ型糖尿病的发生；同时也可通过影响葡萄糖刺激的胰岛素分泌，??影响胰岛素信号的传导。且有多项研究表明ＭＰＣ１蛋白活性与癌症等诸多慢性代谢??疾病有关。研究ＭＰＣ１如何参与调控能量代谢可以作为突破口来研究或治疗慢性代??谢疾病，可以为癌症等慢性疾病的预防和治疗提供一个崭新视角。研究ＭＰＣ１对能??量代谢影响将帮助我们更好地了解ＭＰＣ１蛋白在营养和代谢方面的作用
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1 邹世颖;MPC1在小鼠能量代谢中的作用机制研究[D];中国农业大学;2018年

本文编号：2865248