TSA调控水牛成纤维细胞染色质可及性的途径与机制研究

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供体细胞的克隆效率主要与其表观遗传修饰状态、染色质结构以及代谢特征密切相关,而组蛋白乙酰化是主要的表观遗传修饰方式之一,使用组蛋白去乙酰化酶抑制剂(Histone deacetylase inhibitor,HDACi)可提高供体细胞的组蛋白乙酰化水平,是提高体细胞克隆效率的有效途径。前期的研究工作发现,使用TSA(一种HDACi)处理供体细胞,可以提高后续水牛克隆胚胎的发育率,但其具体的作用机制尚不清楚。因此,本研究拟通过探讨TSA对供体细胞(水牛胎儿成纤维细胞,Buffalo fetal fibroblasts,BFFs)代谢途径、组蛋白乙酰化修饰和染色质结构的影响,以及三者之间的相互关系,阐明TSA调控细胞染色质的途径与机制。研究取得以下结果:1.TSA对BFFs葡萄糖代谢途径的影响。BFFs经TSA培养处理后48h,电镜下观察到线粒体形态由内嵴清晰的长棒状萎缩为圆形,Seahorse细胞能量代谢仪检测显示BFFs的耗氧速率(oxygen consumption rates,OCR),产酸速率(extracellular acidification rates,ECAR)均增加,细胞代谢旺盛且向糖酵解途径偏移。进一步分析研究发现,BFFs在TSA处理后3h细胞内糖酵解关键酶PDK1和LDHA表达开始上调;处理后12 h LDHA的表达显著升高,细胞内乳酸含量显著增加;处理后24 h PDK1的表达显著升高;处理后48 h线粒体膜电位显著降低,但线粒体的DNA拷贝数在各检测点无显著变化。由此表明,TSA主要通过上调糖酵解关键酶PDK1和LDHA表达而增强细胞的糖酵解代谢途径。2.TSA对组蛋白乙酰化修饰水平和染色质可及性的影响。TSA处理后3 h,HDACs活性显著下降,H3K9ac修饰水平显著上调;TSA处理后24 h,HP1α表达水平显著下调;TSA处理后36 h,染色质可及性增加。然而,TSA处理对细胞的HATs活性无显著影响。由此表明,TSA主要通过抑制HDACs活性,上调H3K9ac修饰水平而增加细胞的染色质可及性。3.TSA通过糖酵解调控染色质可及性。当用PDK1的抑制剂MP7(250n M)和LDHA的抑制剂GSK2837808A(5μM)培养处理BFFs时,糖酵解关键基因PDK1、LDHA被抑制,细胞内HP1α表达升高,H3K9ac修饰水平降低。添加两种抑制剂或其中的一种,均导致细胞内的ATP含量上升,乳酸含量下降,HDACs活性显著上调,H3K9ac修饰水平显著下调,HP1α表达水平极显著上调,染色质可及性降低。添加TSA也不能扭转上述变化,表明TSA主要是通过糖酵解途径发挥染色质可及性的调控作用。以上结果表明:1.TSA首先上调H3K9ac修饰水平,随后糖酵解关键酶PDK1和LDH的表达上调,细胞代谢偏向糖酵解代谢途径,最后导致细胞染色质可及性增加。2.抑制细胞的糖酵解途径,乳酸产量下降,H3K9ac修饰水平下调,TSA的作用消失,表明TSA主要通过调控糖酵解途径发挥染色质可及性的调控作用。
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