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生命是一个复杂的动态平衡体,不断的与外界环境进行物质、能量和信息的交换,通过各种精细的调节机制维持自身结构和功能的稳定。当体内某种平衡被打破时,便会产生相关疾病。肥胖最主要的诱因便是能量代谢的失衡脂肪细胞。脂肪细胞能通过释放激素及脂肪酸等分子调控进食和能量消耗,进而影响机体能量平衡。因此研究脂肪细胞分化的分子机制对认识肥胖和相关代谢性疾病的发生及治疗都有十分重要的意义。
C/EBPβ是脂肪细胞分化中一个重要的转录因子在分化早期受到多个转录因子(包括CREB、Krox20、Klf4等)的调控那么这些转录因子响应分化诱导刺激的激活是否是脂肪细胞分化的最早期事件?它们相互之间是否具有协同作用?还有没有其他未知的因子参与C/EBPβ的转录调控?是否同时还存在转录之外的调控方式?这些问题都有待解答。
我们发现β-arrestin基因沉默影响脂肪细胞分化和一些脂肪细胞标志基因,例如C/EBPβ、C/EBPα、PPARγ、αP2等的表达。根据之前报道,β-arrestins可以直接或间接参与特异性基因的转录调控的研究表明,分化诱导剂(Adipogenicinducers,即MDI)可以诱导β-arrestins入核,特异性地在C/EBPβ启动子上富集,并选择性地招募一些转录基础元件(如p300,PolⅡ等),从而影响C/EBPβ转录。发现,β-arrestins能与CREB相互作用,协同增强CREB对C/EBPβ报告基因的转录活性,而且β-arrestins是某些cAMP反应基因表达所必需的,提示β-arrestins可能是CREB的转录辅助因子。
通过对含有CRE区段的报告基因和内源基因(如Egr1,Fos,c-Jun)表达的研究显示,β-arrestins选择性调控CREB靶基因表达,而且这种选择性具有启动子和信号通路的。与脂肪细胞分化中C/EBPβ的转录调控类似,cAMP信号刺激可以诱导β-arrestins入核,并特异性的在某些cAMP反应基因(如NR4A2,Fos)启动子上富集,通过与某些转录基础元件(如p300,TRAP150)的相互作用,促进转录起始复合物的组装,从而影响特异性基因转录。
我们发现,C/EBPβ可以被泛素化并由蛋白酶体降解。MDI短时刺激(小于36小时)可以抑制C/EBPβ泛素化,并提高其蛋白稳定性。E3泛素化连接酶Fbw7能与GSK3β协同介导C/EBPβ的泛素化和降解,而这需要以GSK3β对C/EBPβThr179和Ser184位点的磷酸化为前提。相应位点的突变会影响Fbw7与C/EBPβ的相互作用及泛素化降解。与此一致的是,内源Fbw7或GSK3β的基因沉默导致内源C/EBPβ的积累。在脂肪细胞分化中,Fbw7表达量相对恒定,C/EBPβ蛋白稳定性伴随GSK3β的活性变化而变化,而这种转录调控之外的蛋白稳定性调控对C/EBPβ的表达量及其转录活性至关重要。
上述研究结果揭示了C/EBPβ在脂肪细胞分化中的转录和翻译后调控机制。一方面,β-arrestins响应诱导刺激参与C/EBPβ转录调控,而这种调控可能是通过作为CREB的辅助激活因子来行使的,并且可能是脂肪细胞分化的最早期事件。另一方面,诱导刺激在激活C/EBPβ转录的同时,还能抑制Fbw7对C/EBPβ的泛素化降解,提高C/EBPβ蛋白稳定性。这些发现不仅为人们认识C/EBPβ在脂肪细胞分化中的调控机制提供了一个新的视角,同时也可能对肥胖及相关代谢疾病的发生和治疗提供新的理解。