TP53INP2调控绵羊前体脂肪细胞分化的功能和机制研究

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脂肪代谢是体内脂肪消化吸收、合成和分解的动态过程。脂肪合成速率大于分解速率时会导致脂肪沉积。脂肪组织在体内不同部位的沉积影响家畜胴体利用率和肉质。如何通过遗传改良的方式减少不必要的脂肪堆积,增加可提升肉质的肌内脂肪含量,是当前畜牧生产中需要解决的问题。大量研究表明,脂肪代谢受到生长因子、转录因子和多种酶类的调控。核蛋白TP53INP2是一种转录因子的辅激活因子,可促进小鼠的成肌和成骨分化过程。此外,该基因通过影响细胞自噬抑制小鼠前体脂肪细胞的分化,但在秦川牛脂肪细胞分化过程中起促进作用。目前TP53INP2对绵羊脂肪细胞分化的调控作用未见报道。探究TP53INP2在绵羊脂肪细胞分化中的调控功能和分子机制,可为绵羊胴体品质的遗传改良提供科学依据。本研究选用广灵大尾羊脂肪组织和原代前体脂肪细胞为研究对象。通过PCR扩增TP53INP2基因的CDS区,确定CDS区序列。用生物信息学软件分析TP53INP2序列的物种相似性和蛋白结构特征。用实时荧光定量PCR检测TP53INP2在广灵大尾羊皮下、尾部、腹膜后、肾周和肠系膜脂肪组织中的表达量,检测该基因和自噬标志基因(BECN1、ATG7、MAP1LC3A和MAP1LC3B)在绵羊前体脂肪细胞分化过程中的时序表达量。通过在前体脂肪细胞内过表达TP53INP2,研究该基因在绵羊前体脂肪细胞分化中的功能。通过自噬抑制试验探究细胞自噬在TP53INP2调控成脂分化中的作用。利用第二代高通量测序技术,对过表达TP53INP2的绵羊前体脂肪细胞进行转录组学分析。用GO和KEGG富集分析差异表达基因,筛选出TP53INP2影响的脂肪代谢和细胞自噬信号通路。主要结果如下:(1)经分析,绵羊TP53INP2基因CDS全长为675 bp,可编码224个氨基酸。m RNA序列与山羊、牛、大鼠、人类、小鼠、野猪和黑猩猩的相似性分别为99%、96.4%、65.5%、72.4%、65.4%、80.8%和72.3%,说明该基因在哺乳动物中较为保守。TP53INP2蛋白等电点为5.54,说明它为酸性蛋白。不稳定系数为77.63,亲水性总平均值为-0.596,说明该蛋白是不稳定亲水性蛋白。存在17个潜在的磷酸化位点和7个O-糖基化位点,说明该蛋白可能通过磷酸化位点与O-糖基化位点的竞争发挥转录调控作用。(2)实时荧光定量PCR结果显示,TP53INP2基因在广灵大尾羊皮下脂肪组织中表达量最高,腹膜后脂肪组织中表达量最低,整体表现为浅层脂肪表达量显著高于深层脂肪(P﹤0.05),提示该基因在浅层脂肪组织中发挥重要作用。在绵羊前体脂肪细胞分化过程中,TP53INP2和自噬标志基因(BECN1、ATG7、MAP1LC3A和MAP1LC3B)的表达量整体表现为先升后降的趋势,提示TP53INP2基因可能促进细胞的自噬发生。(3)为确定TP53INP2在绵羊脂肪细胞分化中的功能,在绵羊前体脂肪细胞中过表达TP53INP2基因,并诱导细胞分化。诱导分化6 d后过表达组的细胞中脂滴积累量高于对照组。成脂分化标志基因(PPARγ、C/EBPα、Adiponectin和FABP4)和自噬标志基因(BECN1、ATG7、MAP1LC3A和MAP1LC3B)的表达量均显著高于对照组(P﹤0.01)。诱导分化10 d后,过表达组的细胞中脂滴积累量和成脂分化标志基因表达量显著高于对照组(P﹤0.05),自噬标志基因BECN1和MAP1LC3A表达量显著高于对照组(P﹤0.05),而ATG7和MAP1LC3B表达量没有显著差异。表明TP53INP2能够促进绵羊前体脂肪细胞的分化和分化前期的自噬过程。(4)为探究细胞自噬在TP53INP2调控绵羊前体脂肪细胞分化中的作用,在过表达TP53INP2的细胞中加入自噬抑制剂3-MA。成脂诱导分化6 d后,脂滴形成量少于未添加抑制剂组,成脂分化标志基因(PPARγ、C/EBPα、Adiponectin和FABP4)和自噬标志基因(BECN1、ATG7、MAP1LC3A和MAP1LC3B)的表达量均显著低于未添加抑制剂组(P﹤0.05)。表明TP53INP2通过增强细胞自噬,进而促进绵羊前体脂肪细胞的分化。(5)利用第二代高通量测序技术,分析绵羊前体脂肪细胞中过表达组和对照组的转录组。每个测序文库的clean reads数在43804688~49735110之间,比对到绵羊基因组上的百分比为87.01%~88.00%,满足转录组数据分析的要求。通过分析基因表达量,发现TP53INP2在过表达组中的表达量是对照组中的4倍,且差异极显著(P﹤0.001),说明过表达组细胞中TP53INP2基因得到了充分的上调表达。通过GO和KEGG富集分析差异基因,发现TP53INP2调控多条脂肪代谢和细胞自噬信号通路。综上,本研究发现TP53INP2通过正调控细胞自噬促进绵羊前体脂肪细胞的分化。TP53INP2在前体脂肪细胞分化过程中调控多条脂肪代谢和细胞自噬信号通路。有关研究结果为进一步探究TP53INP2在绵羊脂肪形成中的分子机制奠定了基础,为绵羊胴体性状的遗传改良提供了理论依据。
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