文摘
核受体的过氧物酶体proliferator-activated受体(PPARγγ)的分化和功能需要成熟的脂肪细胞。它的表达在脂肪生成,诱导转录组的建立中发挥着关键作用终末分化白色脂肪细胞。在这里,我们审查结果表明PPARγ表达式和活动之间存在着错综复杂的监管通过染色质结构的控制。层次和组合转录因子的激活,非编码rna,染色质remodelers允许暂时控制PPAR的表情γ通过连续的染色质重塑和它的目标基因。在肥胖,这些监管途径可以变更,导致PPAR修改γ活动。
1。介绍
过氧物酶体proliferator-activated受体(PPARγ)是一个转录因子(TF)属于核受体超家族。PPAR有一个在成熟脂肪细胞的分化和功能完善的核心作用(1- - - - - -5]。这个核受体激活内源性配体,如硝化亚油酸或氧化脂肪酸(9 -和13-HODE)、前列腺素J2以及各种合成配体,包括药物胰岛素增敏剂吡格列酮和罗格列酮(6]。事实上,PPAR的激活由噻唑烷二酮类)吡格列酮或罗格列酮改善胰岛素抵抗与肥胖和糖尿病相关的(7]。最近的研究表明,这种影响主要是通过激活PPAR介导的γ在脂肪细胞4,8),虽然研究还表明巨噬细胞(9)和大脑PPAR(10)有助于治疗效果。
哺乳动物细胞中转录调控密切相关的基因组组织DNA在一个高度动态的染色质结构。事实上,染色质内在阻碍转录因子进入DNA。这是发现了TFs绑定到一个高度有限数量的潜在的真核细胞基因组中的响应元素(11]。通常,染色质区域受TFs缺乏核小体,因为他们可以掩盖自己的DNA识别图案12]。提供了一个额外的监管层外遗传性签名包括组蛋白变体结合,组蛋白翻译后修饰以及DNA甲基化(羟基)。转录监管机构和表观遗传修饰相互调节以达到适当的细胞类型和特定于环境的使用所有功能基因组DNA嵌入网站(13- - - - - -15]。因此,转录监管区域由不同的表观遗传特征签名不活跃时,准备,或活动16,17]。
在这种背景下,一些生化和遗传研究结果导致许多转录因子的概念,包括核受体,需要预先调整染色质的DNA序列(绑定到他们的反应元素13,15]。这包括初步改造的染色质景观允许后续TF绑定。这个过程涉及到所谓的先锋因素可以招募nucleosomal DNA。先锋等因素需要启动染色质重塑和能力的增强剂随后TFs用来调节转录调控信号。引人注目的是,这些函数可以TFs轴承保持与有丝分裂染色质暗示他们可能书签监管网站和代表“表观遗传线索”[13,15]。
在脂肪细胞分化,染色质重塑事件发生,允许适当的PPAR表达和活动。我们回顾我们当前的知识PPAR的综合控制在脂肪细胞表达和功能强调染色质重塑的核心作用。
2。的监管PPARγ在脂肪细胞基因表达
2.1。转录调节PPAR
脂肪形成和脂肪细胞功能的研究已经受益于细胞模型,可以很容易地操作在体外(18,19]。许多研究利用鼠标preadipocyte 3 t3-l1细胞系,可采用adipocyte-like表型与脂滴堆积在鸡尾酒的刺激脂肪形成的诱导物(isobutylmethylxanthine (IBMX)、地塞米松、和胰岛素)。在这个过程中,PPARγ表达强烈的感应。两种亚型的PPARγ编码在鼠标替代促进剂,即PPAR吗γ1和PPARγ2。虽然PPARγ1是在许多组织发现,PPARγ2表达主要是局限于白色和褐色脂肪组织(20.]。PPARγ2拥有30额外的氨基酸,PPAR的呈现γaminoterminal transactivation域更活跃(21,22]。因此,虽然PPARγ亚型可以诱导脂肪形成,PPARγ2被认为在这一过程中起主导作用(23,24]。
很早就在脂肪生成,同向性病毒整合位点的表达1(邪恶),CCAAT /增强子结合蛋白(C / EBP)β和C / EBPδ是诱导25,26]。这将导致低水平的两个PPAR的表情γ亚型和C / EBPα(25,26在preadipocytes]保持处于压抑状态转录辅阻遏物SMRT(沉默中介的视黄酸和甲状腺激素受体)(27]。PPARγ和C / EBPα可以引起对方的表达在一个正反馈循环促进和维护脂肪细胞的分化状态(3]。有趣的是,PPAR的基因组分析γ在脂肪细胞结合位点在PPAR透露,它存在γ2启动子和潜在的增强剂在附近或在自己的基因(28,29日]。PPAR的表达γ还需要的活动kruppel-like因素5和15 (KLF5和KLF15)其次通过C / EBP诱导转录因子(30.,31日]。此外,转录因子核心家庭(NFI)和核因子E2-related因子2 (Nrf2)调节C / EBPα和PPARγ在脂肪生成PPAR最有可能通过直接绑定γ1和PPARγ分别2启动子(32,33]。此外,NFI可以通过绑定来发挥其活动增强剂在或接近两个基因(33]。
基因表达是由TFs通过染色质重塑事件引发的代数余子式和代数余子式催化组蛋白和DNA酶活动的修改(13- - - - - -15]。事实上,PPAR的转录激活γ在脂肪生成相关的表观遗传开关PPARγ基因。例如,脂肪细胞的分化与强劲增长水平的组蛋白激活两个PPAR标志γ启动子。这包括乙酰化组蛋白H3赖氨酸27 (H3K27ac)和H3K4甲基化(H3K4me2/3)和H4K20 (H4K20me1) [29日,34]。H3K27ac,催化的转录辅活化因子CREB-binding蛋白质(CBP)和p300 [35),通常发现在活跃的转录监管区域,也会增加在内部增强剂或附近PPARγ基因(28]。激活的PPARγ发起人也涉及的压制性标志包括H3K9me2和H3K27me3 [17,34,36,37]。开关从甲基化、乙酰化在H3K27可以代表一个点的激活和抑制信号之间的集成。与此同时,PPAR的脱甲基作用γ2启动子,从而导致转录抑制剂的释放甲基CpG-binding蛋白2 (MeCP2),逐渐发生分化期间并联PPAR持续上升γ2 mRNA表达[34,38]。
这些表观遗传变化创造一个环境胜任基因诱导。然而,额外的改造是必需的。事实上,PPARγ发起人也接受染色质重构通过绑定nucleosome-remodeling复杂开关/蔗糖non-fermentable(瑞士/ SNF) (39]。瑞士/需要SNF表观遗传变化和一般招聘特遣部队,但促进转录延伸率(39]。因此,PPARγ感应是一个多步骤的过程中,连续的染色质重塑事件最终导致停滞RNA聚合酶II的释放。控制转录延伸通过调制的RNA聚合酶II释放推动者最近成为一个中央管理机制发育基因表达(40]。像多能细胞发育基因启动子41),PPARγ1启动子熊H3K4me3 preadipocytes [28),可以促进其诱导分化期间(41]。RNA聚合酶II拖延并不是一个纯粹的转录调控的结果,但本身不可分割的一部分与核小体在基因调控的启动子,因此设置地面感应(40,42]。最后,释放停滞RNA聚合酶II中的H3K36 trimethylationPPARγ积极转录的基因,一个功能区域(图1)[28,43]。
脂肪组织的功能是严重改变在肥胖44]。然而,这并不源于PPAR的表达式γ保持不变或增加脂肪组织从肥胖的老鼠,老鼠和人类(45- - - - - -48]。因此,Nrf2减少PPAR的淘汰赛γ表达、损害脂肪形成和保护从肥胖老鼠32]。PPAR的持续表达γ窟的肥胖老鼠可能涉及孤儿核受体水平下降鸡卵白蛋白上游启动子转录因子II (COUP-TFII),压制的转录PPARγ基因通过把SMRT和减少组蛋白乙酰化水平在其启动子(49]。但是要注意,在脂肪生成COUP-TFII作用仍是澄清,因为矛盾的结果报告(50,51]。在这种背景下,扰动在肥胖的脂肪细胞功能可能本质上修改而不是PPAR不足有关γ正如以下所讨论的转录监管活动。另外,改变脂肪形成可能与随之而来的摄动其他基因的表达等控制脂肪细胞的分化和功能基因的Wnt切口,声波刺猬信号通路(47]。相反,在肥胖、PPARγ表达式是减少内脏脂肪组织的糖尿病小鼠模型(db / db),这可能直接影响脂肪细胞的分化和/或功能。作者表明,这在PPAR减少γ与DNA甲基化表达的启动子(34]。有趣的是,最近的研究结果强调了表观遗传学和新陈代谢之间的联系(52]表明改变代谢酶活性变化可以导致chromatin-modifying酶(53,54]。是否以及如何这可能参与PPARγ异常表达在脂肪细胞仍有待调查。
2.2。转录后的调控PPARγ脂肪细胞基因表达:microrna的角色
外遗传性转换脂肪生成过程中经常发生在不同于注释编码基因的启动子区域28,33,55]。而其中一些地区已经被定义为增强剂调节这些基因,其他人则很可能与调制非编码RNA (ncRNA)表达式。越来越多的证据指向了一个主要角色的ncRNAs控制细胞分化。其中小分子核糖核酸(microrna)很短(~ 22个核苷酸)ncRNAs转录后的基因表达抑制(56]。通过配对部分互补网站目标mrna, microrna触发他们的退化和/或抑制翻译(57]。几个microrna在脂肪生成的控制上发挥了关键作用,脂肪细胞功能作为支持或antiadipogenic因素包括miR-30 [58],miR-21 [59],mir - 637 (60)(审查(61年,62年])。
其中,miR-27a / b (63年- - - - - -65年)和mir - 130 a / b (66年是终端的负调控脂肪细胞的分化。这种抑制脂肪形成的茎,至少在某种程度上,他们防止PPAR的转录感应的能力γ在preadipocytes。,这些microrna的表达下调在脂肪生成。miR-27a / b和mir - 130 a / b直接目标3′未翻译区(3′utr) PPARγ(63年,64年,66年]。此外,mir - 130 a / b也可以识别在PPAR的编码区序列γ(66年]。
有趣的是,在对PPAR赞同他们的负面影响γ表达观察在体外,mir - 130 a / b表达与PPAR负相关γ表达式和BMI(身体质量指数)在腹部脂肪仓库的女性受试者(66年]。另一方面,相对于他们的脂肪生成过程中观察到相反的表达在体外miR-27a / b和PPARγ都是增加在附睾的肥胖老鼠的脂肪垫(ob / ob) (65年]。因此,尽管这些研究表明,mir - 130 a / b扮演着一个关键角色,PPAR的转录后调控γ表达在脂肪生成和肥胖,额外的工作需要澄清miR-27a / b的作用在这些流程。
5′和3′-UTRs PPARγ信使rna是相对较短的(长173和211个核苷酸,职责),这可能会排除与大量的microrna [67年,68年]。然而,由于目标几个mrna microrna可以同时定义基因网络(69年),这将是有趣的分析是否一些额外的microrna在调节脂肪生成(62年),还PPAR目标γ。此外,一些控制脂肪形成间接调节PPAR micrornaγ表达式。例如,miR-31和mir - 155对脂肪形成的直接针对C / EBP产生负面影响α和C / EBPβ分别mRNA,其次与PPAR下降有关γ表达水平(70年,71年]。
3所示。Chromatin-Based PPAR的监管γ在脂肪细胞的活动
3.1。PPARγ染色质转录活动需要预设定
最近的见解对我们理解转录机制控制脂肪形成表明,让人想起其他核受体,PPARγ活动需要染色质预设定。例如,C / EBPβ可以绑定在preadipocytes凝聚染色质,引发相互依存的招聘额外的TFs包括糖皮质激素受体(GR)、信号传感器和催化剂的转录5 (STAT5) retinoid-X-receptor (RXR)和C / EBP吗δ缓解SMRT[施加的压迫27,55,72年]。早期,这些因素被认为引起染色质在增强允许他们被PPAR取代γ(和C / EBPα在更为成熟的脂肪细胞(55,73年,74年]。因此,PPARγ结合增强剂,其特征是早期核小体损耗和组蛋白翻译后修饰的典型的主管/活动网站(组蛋白H3赖氨酸的甲基化4 (H3K4me)和乙酰化组蛋白H3赖氨酸9 (H3K9ac)) (28,33]。这些chromatin-based监管机制是最有可能参与定义adipocyte-specific PPARγ转录活动。事实上,细胞类型特异性PPARγ绑定到染色质和基因表达调控活动取决于不同的特异性TFs合作。例如,PPARγ招募的增强剂,结合先锋的因素聚氨酯。1在巨噬细胞75年]。
除了增强剂的染色质是提前预定,PPARγ还结合许多增强剂,染色质重塑发生在脂肪细胞分化[55]。在这种情况下,如何PPARγ针对这些监管区域和染色质的修改是否先于或与它的招聘还不清楚。
3.2。控制PPAR的染色质结构γ
尽管最近的研究强调需要染色质预设定PPAR的规定γ转录活动,PPARγ激活反过来也会导致额外的转译后的组蛋白修饰。事实上,PPARγ激活触发交换代数余子式互动从辅阻遏物到辅活化因子。这些复合物熊针对组蛋白乙酰化和甲基化酶的活动。例如,脂肪形成的分化与从复合物含有组蛋白脱乙酰酶(HDAC)复合物含有hisone乙酰转移酶(HAT)活动(76年]。这个交换是观察在脂肪生成以及PPAR激活γ人工合成受体激动剂,例如,增加H3K9的乙酰化作用在增强剂75年]。因此出现了PPAR的活动γ端依赖增强剂是通过顺序控制阶段的染色质重塑与TFs的分层绑定和代数余子式。染色质重塑这些增强还包括hydroxymethylation的胞核嘧啶通过机制还有待阐明77年]。
与增强剂的可访问性是高度变量和特异性,发起人一般躺在开放和核小体自由染色质不管细胞类型(78年,79年]。然而,启动子控制通过表观遗传修饰部分不同于操作增强剂(79年]。例如,除了染色质重塑发生在增强剂,基因活化脂肪生成过程中还涉及到修改启动子。这包括H4K20的甲基化组域含有赖氨酸甲基转移酶8 (Setd8),一种酶的表达被PPAR诱导γ导致目标基因启动子的激活(29日]。PPARγ介导的基因在脂肪生成激活还需要中介复杂(80年]。这个复杂的不仅是一个招聘平台的通用TFs和RNA聚合酶II但是也可以招募染色质remodelers如chromodomain解旋酶dna结合蛋白1 (CHD1) [81年]。总的说来,这些研究表明,PPAR的激活γ目标基因涉及到一个协调的染色质重塑增强剂和促进剂。在这种背景下,PPARγ介导的监管可能涉及定义三维组织交互的染色质允许增强剂和促进剂,让人想起等其他核受体基因激活雌激素受体(82年,83年]。重要的是,PPARγ绑定增强剂对脂肪细胞可以调节编码基因的表达重要功能都直接和/或间接调制microrna的水平,控制脂肪生成包括mir - 103 (84年,85年]。肥胖会导致脂肪组织基因表达谱改变(86年,87年]。PPARγ转录活动相比,肥胖加剧了精益内脏窟(46]。PPARγ结合DNA与RXR异质二聚体,核受体组成的同形像亚RXRα,β,γ。有趣的是,RXRα蛋白表达水平特别是内脏白色脂肪组织中表达下调的肥胖老鼠和人类通过蛋白酶体降解。这将导致减少RXR的比例α-PPARγ异质二聚体,因此,增加对PPAR的敏感性γ受体激动剂,因为SMRT辅阻遏物更容易解雇了剩下的RXRβ-PPARγ复杂。虽然没有正式证明,RXR的效果α在交互SMRT最有可能影响染色质结构导致PPAR钝化反应γ受体激动剂由于hdac增强互动(46]。此外,Setd8的表达,这也是增加肥胖老鼠的白色脂肪组织29日),也可能参与PPAR强劲γ脂肪细胞的转录响应肥胖受试者通过增加组蛋白甲基化。
4所示。PPAR的集成视图γ调节脂肪细胞
作为一个整体,PPAR的监管γ表达和活动是一个高度综合的过程定义一个脂肪形成的转录网络涉及关键cross-regulatory其成员(图之间的循环2)。外遗传性转换在脂肪细胞分化允许temporallycontrolled PPAR的感应γ目标基因的表达和后续监管。染色质预设定都观察到PPARγ及其在preadipocytes目标基因和利用来实现脂肪形成的转录程序。这个过程是由一个错综复杂的网络层次和组合转录监管活动。例如,转录因子C / EBPβ扮演着先锋的角色早在脂肪生成过程中PPAR的诱导表达γ,C / EBPα,KLF5 15,随后合作来维持自己的表达和激活脂肪形成的基因。重要的是,这种激活需要预设定的染色质在C / EBP增强剂β(55]。脂肪生成还包括阻遏蛋白的失活,包括miR-27a / b, C / EBP目标α和PPARγ在preadipocytes [63年- - - - - -65年]。中PPARγ目标基因染色质remodelers包括组蛋白甲基转移酶Setd8 [29日)和transducin-like增强剂拆分3 (TLE3) [88年]。这两个因素与PPAR参与积极的自身调节的循环γ同时保持其高水平的表达和诱导目标基因的表达。虽然框架因素已知染色质重塑活动(89年,90年),如何在脂肪细胞尚未TLE3诱导基因表达的特征。总的来说,PPARγ因此在脂肪细胞是由一个复杂的转录监管机构网络,特别是许可染色质结构允许适当的表达和活性的核受体。
5。结论和观点
我们设想,未来的研究将延长脂肪形成的转录网络通过识别额外的转录监管机构和控制PPAR chromatin-associated事件γ活动。除了更好的表观遗传标记参与这个过程的定义,研究旨在识别机制需要远程PPAR的活动γ正在等待绑定增强剂。这将包括一个全面的描述的三维组织染色质在脂肪生成。染色体构象捕获(3 c)及其衍生物是近年来基因组的方法,改进我们的观点可能有用的空间组织和(91年]。考虑到大型新发现的ncRNA物种的多样性,这些rna的作用在脂肪生成和PPAR的控制γ很可能在起步阶段。有关PPAR控制的另一个主要问题γ活动期间脂肪生成与生理相关的内源性配体的识别6]。这也需要更好地理解PPAR的监管γ活动通过替代机制包括特别是转译后的修改(92年- - - - - -95年]。最后,在病理生理条件下如何影响这些监管途径,如肥胖,也值得进一步为了提高PPAR解决γ针对策略。在这种背景下,我们需要更好地理解代谢酶活动的扰动的影响基因转录调节(染色质修饰符和他们的后果52]。
作者的贡献
j . Eeckhoute和f·奥格同样第一个合作者。
确认
这项工作是支持由“欧洲基因糖尿病研究所”(E.G.I.D.ANR-10-LABX-46)。f·奥格是由OSEO-ANVAR (IT-DIAB)。b . Staels是法国大学医疗研究所的一员。