牛TUSC5不同剪接异构体对脂肪沉积的影响差异及机制研究

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脂肪沉积是决定肉牛经济价值的重要因素,但目前对脂肪沉积的调控机制还不明确。TUSC5(tumor suppressor candidate 5)是重要的脂肪沉积关键基因,存在两种不同的可变剪接异构体(TUSC5A和TUSC5B)。然而TUSC5两种不同剪接异构体如何调控脂肪沉积目前还不明确。本研究使用慢病毒技术构建稳定表达TUSC5基因两种不同剪接异构体的细胞模型,通过分子生物学技术与高通量测序技术结合的方式,研究TUSC5基因两种不同剪接异构体对脂肪沉积调控的影响及差异,并深入解析两者在脂肪合成过程中的调控机制,从而将TUSC5基因的调控网络的认识细化到不同剪接异构体水平,具体研究结果如下:(1)TUSC5A、TUSC5B超表达前体脂肪细胞系模型构建构建超表达TUSC5A、TUSC5B三质粒慢病毒包装体系,成功包装可分别超表达TUSC5A、TUSC5B的慢病毒。利用慢病毒梯度侵染分析,分别获得两种慢病毒侵染前体脂肪细胞系C3H10的最佳滴度,其中TUSC5A为9.6×10~7 TU/m L,TUSC5B为7.3×10~7 TU/m L。利用以上慢病毒对C3H10细胞系进行感染,并与嘌呤霉素联合用于阳性细胞分选,TUSC5A和TUSC5B前体脂肪细胞系纯度均达到98.1%以上,并且表达量均较对照组超表达280倍以上,成功构建TUSC5A、TUSC5B的超表达前体脂肪细胞模型。(2)超表达TUSC5A和TUSC5B对前体脂肪细胞的影响通过绘制超表达TUSC5A和TUSC5B前体脂肪细胞生长曲线,与对照组相比,在7天时TUSC5A细胞数量变化不显著,而TUSC5B组细胞数量减少32%,细胞活力被显著抑制(P<0.0001);进一步通过流式细胞分析发现,TUSC5B前体脂肪细胞的早期及晚期凋亡比例为3.71%和5.26%(P<0.01),证明了TUSC5B超表达后诱导前体脂肪发生低比例凋亡,导致最终整体活性表现减弱。利用q PCR对凋亡相关基因检测显示,增殖促进基因PCNA在TUSC5A细胞中表达显著升高,凋亡促进基因P53在TUSC5B细胞中表达显著升高(P<0.01),说明TUSC5B可能通过P53促使前体脂肪细胞凋亡。同时,利用q PCR和Western-blot技术研究超表达TUSC5ATUSC5A和TUSC5B后对脂肪沉积关键基因表达的影响,结果显示:ACC1、FASN、SCD1、LPL、PPARG、FABP4、GPDH、GLUT4在TUSC5A前体脂肪细胞中表达显著上调,TUSC5B前体脂肪细胞中被显著抑制。说明TUSC5A、TUSC5B对前体脂肪细胞成脂分化的调控可能存在差异。(3)超表达TUSC5A和TUSC5B对前体脂肪细胞成脂分化的影响TUSC5A和TUSC5B超表达细胞诱导成脂分化,对4天、6天、8天、10天的细胞进行油红O染色分析,发现TUSC5A显著促进脂滴的积累,TUSC5B显著抑制脂滴的积累。0天、2天、4天、6天、8天、10天的甘油三酯含量结果显示,在成脂分化过程中TUSC5A促进甘油三酯积累,而TUSC5B抑制甘油三酯的积累。进一步利用q PCR检测脂肪沉积关键基因ACC1、FASN、SCD1、LPL、FABP4、PPARG、GPDH、GLUT4在前体脂肪细胞内0天、2天、4天、6天、8天、10天的时序表达,结果显示TUSC5A对于基因表达的促进作用,TUSC5B对于基因表达的抑制作用。以上结果从表型和分子水平证明了TUSC5A对于脂肪沉积的促进作用,而TUSC5B对于脂肪沉积具有抑制作用。(4)TUSC5A和TUSC5B对脂肪沉积的差异调控机制对超表达TUSC5A、TUSC5B及对照组正常前体脂肪细胞诱导分化4天后,进行转录组测序。与对照组相比,TUSC5A超表达组存在622个表达上调基因(|log2FC|≥1,P≤0.05),312个表达下调基因;TUSC5B超表达组有2541个表达上调基因,1497个下调基因;对脂肪沉积关键基因FASN、SCD1、LPL、FABP4、PPARG、GPDH、GLUT4表达量进行分析显示,转录组测序结果和(3)中利用q PCR方法检测结果一致。进一步对差异表达基因进行GO和KEGG分析,并利用TUSC5A超表达组、TUSC5B超表达组、对照组之间的两两比较结果进行相互验证,结果显示超表达TUSC5A和超表达TUSC5B后,包括PPAR信号传导途径、脂肪细胞因子信号传导途径等12条与脂肪合成与代谢相关通路调控发生显著变化;说明TUSC5A和TUSC5B在以上通路调控存在差别,进而导致脂肪沉积能力存在差异。综上所述,本研究构建超表达TUSC5A、TUSC5B的前体脂肪细胞模型,发现TUSC5A和TUSC5B通过差异调控包括PPAR信号传导途径、脂肪细胞因子信号传导等通路,对前体脂肪细胞成脂分化产生不同效应。本研究阐明了TUSC5不同剪接异构体在脂肪沉积中发挥的截然相反的作用及机制,将对TUSC5基因的认识细化到不同剪接异构体水平,为将来分子育种安全合理的实施提供保障。
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