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Chuanhai张翁、Fangxiong Shi, Wanzhu金, ”Engrailed-1基因刺激棕色脂肪形成”,干细胞国际, 卷。2016年, 文章的ID7369491, 9 页面, 2016年。 https://doi.org/10.1155/2016/7369491
Engrailed-1基因刺激棕色脂肪形成
文摘
产热的器官,褐色脂肪组织(蝙蝠)已经收到了一个伟大的关注在治疗肥胖和相关疾病。据报道,棕色脂肪细胞是来源于engrailed-1 (EN1)正中央dermomyotome。然而,EN1棕色脂肪形成的功能在很大程度上是未知的。我们证明EN1过度增加而EN1击倒减少脂质积累和包括PPAR脂肪形成的关键基因的表达γ2,C / EBPα和线粒体OXPHOS以及蝙蝠UCP1特定标志。综上所述,我们的研究结果清楚地表明,EN1棕色脂肪形成的是一个积极的监管机构。
1。介绍
在小型哺乳动物,褐色脂肪组织(BAT)是一个主要的组织负责nonshivering生热作用[1]。蝙蝠解开大量燃料的线粒体氧化从ATP生成热的2]。最近,我们表明,移植的蝙蝠可以预防肥胖发展和逆转先前存在的肥胖3,4]。它已经表明,蝙蝠活动增加寒冷暴露能减少脂肪量在成人5- - - - - -7]。这些结果强调增加蝙蝠的数量和活动是一个有前途的途径对抗肥胖及其相关疾病,如糖尿病。
棕色脂肪形成是受一些转录因子如过氧物酶体proliferator-activated受体γ2 (PPARγ2),包含16 (PRDM16)公关领域,CCAAT / enhancer-binding蛋白(C / ebp) [8- - - - - -11]。核受体辅阻遏物RIP140, ligand-dependent转录抑制因子,也起着至关重要的作用在调节储能和能量消耗之间的平衡,抑制棕色脂肪细胞分化[12- - - - - -14]。过氧物酶体proliferator-activated受体γ共激活剂1α(PGC1α)和细胞死亡活化剂(CIDEA)是已知的蝙蝠中高度表达,调节蝙蝠分化(15,16]。
已经证明myf5积极的祖细胞起源的棕色脂肪细胞和成肌细胞(10]。此外,engrailed-1 (EN1)正中央dermomyotome也是棕色脂肪细胞的另一个来源17]。EN1,小鼠的同系物果蝇同源框基因十字(En),需要和背腹侧中脑和小脑发展模式的四肢18]。老鼠研究还表明EN1的表达在大脑的正确发展至关重要,四肢,胸骨(19]。然而,EN1在棕色脂肪细胞分化的生理功能尚未得到充分的研究。
调查的功能角色EN1棕色脂肪细胞,我们利用慢病毒介导EN1超表达和/或可拆卸的技术演示,EN1,的确,通过刺激脂肪形成的关键转录因子促进棕色脂肪细胞的分化,PPARγ2的表达。
2。材料和方法
2.1。老鼠
八周大的雄性C57BL / 6 j供体老鼠从至关重要的河流购买实验动物技术有限公司Ob / Ob老鼠从南京南京大学的生物医学研究所。对冷刺激,C57BL / 6 j小鼠被置于冷室(4°C)或室温(RT)长达8小时免费获取食物或水。饮食诱导肥胖(戴奥)研究从至关重要的河的质询雄性C57BL / 6 j小鼠实验动物技术与低脂饮食(最晚完成日期)或喂食高脂肪饮食(HFD)额外的8周。最晚完成日期(12450 bi)和HFD (D12492i)包含10千卡60千卡% %脂肪和脂肪,分别(研究饮食)。老鼠被安置在实验室动物福利办公室的认证动物设施与12小时光/ 12小时黑暗周期。所有动物进行了研究机构批准,动物保健和使用委员会科学院动物研究所、中国科学院。
2.2。慢病毒包装和转染
HEK293FT细胞(科技、上海、中国)被用于慢病毒包装。这些细胞被维护在杜尔贝科修改鹰媒体(DMEM),补充了10%的边后卫,1 x antibiotic-antimycotic解决方案,和10μ不重要的氨基酸。EN1基因的编码区放大从蝙蝠cDNA样本和克隆到pCDH-CMV-MCS-EF1-copGFP Lentivector(系统生物科学、旧金山、钙、美国)。shEN1序列如下:F: CCGGGTTCCAGGCAAACCGCTATATCTCGAGATATAGCGGTTTGCCTGGAACTTTTTG, R: AATTCAAAAAGTTCCAGGCAAACCGCTATATCTCGAGATATAGCGGTTTGCCTGGAAC和生成sequence-verified pLKO成分。1 (Addgene质粒# 10878)。穿梭质粒pCDH-CMV-MCS-EF1-copGFP或pLKO。1或shEN1-pLKO。1和lentivirus helper plasmid were cotransfected into HEK293FT cells to produce virus. Forty-eight hours after transient transfection, the fresh lentivirus containing supernatant was harvested for future use.
2.3。流式细胞术和细胞排序
主要的棕色脂肪细胞准备按照方法与以前的出版物(20.]。从SVF浮动脂肪细胞分离(基质血管部分)通过离心300 g×3分钟。70年SVF顺序是过滤μm过滤器与下面的抗体染色前10分钟冰:Sca-1-APC (Miltenyi研究,130-093-223),CD11b-FITC (Miltenyi研究,130-081-201),和CD45-PE (Miltenyi研究,130-091-610)。抗体孵育后,细胞被洗,离心机在300 g×10分钟,和排序BD流式细胞仪咏叹调(BD生物科学、钙、美国)。数据分析是使用BD流式细胞仪天后执行软件。
2.4。细胞培养
细胞培养相关产品和其他生化试剂购自Sigma-Aldrich(圣路易斯,密苏里州,美国),除非另有说明。慢病毒感染后6 - 12小时,排序主要棕色脂肪preadipocytes增长到100%在6-well盘子然后接受布朗脂肪形成的感应鸡尾酒(DMEM包含10%的边后卫,1μg / mL胰岛素,1μisobutylmethylxanthine M地塞米松,0.5毫米,0.12毫米消炎痛,和1海里3、3′,5-triiodo-L-thyronine (T3))前两天与分化培养基中取代补充只有胰岛素和T3为分化额外的6天。
2.5。Real-Time-PCR
使用RNeasy迷你包总RNA是孤立的。互补脱氧核糖核酸合成六聚体使用随机(美国表达载体,卡尔斯巴德,CA)后续的实时定量PCR分析(ABI棱镜VIIA7;应用生物系统公司公司,福斯特城、钙、美国)。PCR产品检测到使用SYBR还有绿色和规范化的表达式。引物设计使用底漆的追求(集成DNA技术,Inc .,珊瑚镇,IA,美国)。引物序列要求。
2.6。西方墨点法
细胞和组织溶解产物是准备使用缓冲区里帕(150毫米氯化钠,特里同x - 100 1.0%, 0.5%钠脱氧胆酸盐,0.1% SDS, 50毫米三羟甲基氨基甲烷、液和蛋白酶和磷酸酶抑制剂鸡尾酒(罗氏诊断有限公司、钙、美国)。蛋白质浓度测定用BCA分析工具包(皮尔斯诊断有限公司、钙、美国)。蛋白质分离10% sds - page和转移到PVDF膜(微孔、马、美国)。膜被封锁在TBST 5%脱脂牛奶(0.02米三基地,0.14 M氯化钠,渐变20 0.1%,pH值7.4)其次是孵化主要抗体在一夜之间在4°C,然后孵化与合进行二次抗体结合。主要抗体在当前研究中使用EN1 (ab108598、研发系统、MN、美国),PPARγ2(# 2443,细胞信号技术,妈,美国),AP2(美国马A0232 ABclonal生物技术有限公司),UCP1(美国马ab155117 Abcam有限公司),PGC1α马(ab54481 Abcam有限公司,美国),OXPHOS (ab110413 Abcam有限公司,妈,美国),和GAPDH(# 2118,细胞信号技术,妈,美国)。信号检测与西方超级信号Pico化学发光底物(美国皮尔斯,IL)。
2.7。油红O染色
检测中性脂质、细胞沾0.2% (w / v)油红O (Sigma-Aldrich,圣路易斯,密苏里州,美国)10分钟后在室温下PFA固定为4%。
2.8。统计分析
这些数据意味着±SD。统计显著性测试使用方差分析或学生的以及。统计学意义是< 0.05。
3所示。结果
3.1。EN1蝙蝠相比窟中高度表达
调查EN1的表达在相关的组织中,我们分析了EN1 mRNA和蛋白表达在四个不同的组织:附睾的白色脂肪组织(窟),褐色脂肪组织(蝙蝠),脑组织(BR)和骨骼肌(亩)C57BL / 6 j雄性老鼠在8周的年龄与正常饮食。结果表明,EN1 mRNA和蛋白表达在蝙蝠与窟高纯度(数字1(一)- - - - - -1 (b))。令人惊讶的是,EN1表达式在骨骼肌several-hundred-fold高于窟。
(一)
(b)
3.2。表达式的蝙蝠EN1病理生理条件
寒冷暴露被认为是最有吸引力的生理途径激活蝙蝠(5,21]。此外,先前的报告显示功能障碍的蝙蝠在肥胖小鼠模型(3,4]。在病理生理条件确定EN1的表达式,蝙蝠与不同的治疗小鼠的组织进行了分析,如室温(RT)与寒冷暴露(冷);低脂肪饮食(最晚完成日期)与高脂肪饮食(HFD);野生型(WT)和Ob / Ob老鼠。有趣的是,EN1的mRNA和蛋白表达下调对寒冷暴露(数字2(一个)- - - - - -2 (b))。相比之下,他们在肥胖小鼠与调节控制老鼠(数字2 (c)- - - - - -2 (f))。这些结果表明,蝙蝠EN1可能会影响脂类的内容。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
3.3。EN1表达式在棕色脂肪形成
上面的结果使我们可以假设EN1可能参与了棕色脂肪形成。为此,主要棕色脂肪细胞(SCA1 + / CD31−/ CD11b−;被称为古典褐色脂肪组织祖细胞)与胎儿C57BL / 6 j小鼠蝙蝠根据以前的出版物(22,23)(图3(一个)- - - - - -3 (b))。为了探索EN1的潜在作用,我们第一次调查的mRNA和蛋白表达EN1在棕色脂肪形成。有趣的是,EN1的表达下调是在第一天和逐步增加棕色脂肪生成到第七天(数字3 (c)- - - - - -3 (d))。这些结果强调EN1可能参与了棕色脂肪形成。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.4。过度的EN1刺激棕色脂肪形成
调查的可能性EN1是否参与棕色脂肪形成,一个慢病毒EN1超表达质粒或空载体转染到初级棕色脂肪细胞,然后进行了棕色脂肪形成。EN1表达成功调节超过30倍三天后病毒转导(数字4(一)- - - - - -4 (b))。有趣的是,脂质积累由油红O染色评估被EN1超表达显著增加(图4 (c)),这表明EN1刺激棕色脂肪形成。因此,我们研究了脂肪形成的基因(AP2, PPAR的表达γ2,C / ebp),棕色脂肪细胞特定的蛋白质产热的,UCP1 PGC1α和线粒体氧化磷酸化(OXPHOS)蛋白质的棕色脂肪形成。我们的研究结果表明,AP2和PPAR的mRNA和蛋白表达γ2后被显著地调节EN1过度(数字4 (d)和4 (f))。此外,C / EBP的mRNA的表达α后也显著增加EN1超表达(图4 (d))。此外,EN1过度导致显著诱导产热的蛋白质,如UCP1和PGC1α,以及线粒体OXPHOS蛋白质,包括ATP5α、UQCRC2 SDHB, NDUFB8(数字4 (e)- - - - - -4 (f))。这些结果表明,EN1促进移植棕色脂肪形成的脂肪形成的基因表达的关键。
(一)
(b)
(c)
(d)
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(f)
3.5。击倒的布朗EN1抑制脂肪形成
为了进一步验证我们的结果,EN1击倒,过度的互补的方法,应用于棕色脂肪形成。慢病毒编码Sh-EN1质粒或空向量transinfected成主要的棕色脂肪细胞,并进行了棕色脂肪形成。我们确认EN1表达式被成功表达下调约75%在三天后病毒转导(数字5(一个)- - - - - -5 (b))。正如所料,脂质积累显著减少了EN1击倒(图5 (c))。一致,mRNA和蛋白表达的AP2和PPARγ2 shEN1质粒转染后被大幅下调(数字5 (d)和5 (f))。此外,C / EBP的mRNA的表达α也显著减少了EN1击倒(图5 (d))。此外,EN1击倒导致显著减少产热的蛋白质,UCP1 PGC1α,以及线粒体OXPHOS蛋白质,如ATP5α、UQCRC2 SDHB, NDUFB8(数字5 (e)- - - - - -5 (f))。综上所述,结果数据4- - - - - -5清楚地表明,布朗EN1促进脂肪生成。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
4所示。讨论
在目前的研究中,我们调查了EN1棕色脂肪形成的作用。我们证明EN1棕色脂肪形成的是一个积极监管因素。据我们所知,这是首次研究表明EN1棕色脂肪形成的作用。
移植蝙蝠可以有效改善整个身体的能量代谢,防止代谢紊乱,如肥胖和胰岛素抵抗3,4,7]。蝙蝠的数量和/或活动增加方法对抗肥胖和相关疾病至关重要。生成大量的棕色脂肪细胞通过操纵基因包括EN1和化学物质可能会在未来最好的方法之一。
EN1众所周知作为一个棕色脂肪细胞lineage-tracing标记(17),但对其功能在棕色脂肪形成。我们发现表达式在蝙蝠的EN1高于窟(数字1(一)- - - - - -1 (b))。EN1中脑和小脑发展需要和模式的四肢18,19]。一致,我们也证实了大脑中的EN1和肌肉的高表达。
调查EN1棕色脂肪形成的潜在作用,我们首先确定EN1的表达在棕色脂肪形成。有趣的是,表达EN1下调在第一天和逐步增加棕色脂肪生成在第七天。这些结果促使我们假设EN1可能参与棕色脂肪细胞的分化。有趣的是,我们发现,过度的EN1加速而击倒EN1镇压了棕色脂肪细胞分化(数字4- - - - - -5)。这些结果暗示EN1积极调节褐色脂肪形成。
主要的转录PPAR等因素γ2,C / EBPα互相承诺脂肪细胞分化[24]。PPARγ1和PPARγ2,PPAR的两个亚型γ,转录因子是必不可少的两个白色和棕色脂肪生成(25- - - - - -28]。然而,PPAR的突变γ受体在小鼠体内导致损伤的棕色脂肪细胞的产热的功能和招聘在蝙蝠29日]。在我们的手中,过度EN1 EN1会使PPAR的上调而击倒γ2,C / EBPα表达式(数据4- - - - - -5)。这些结果表明,EN1参与棕色脂肪生成通过调节PPAR的表情γ2,C / EBPα。然而,潜在的分子调节机制仍是研究。
PGC1α,PPAR的共激活剂γ2,也扮演着重要的角色在蝙蝠适应性产热调节线粒体生物起源和移植的表达UCP1 [8,30.- - - - - -33]。此外,PRDM16和C / EBPβ复杂的协同增强PGC1的活动α(11,32]。有趣,蝙蝠EN1表达的程度具有显著的影响函数由线粒体OXPHOS蛋白表达和蝙蝠特定标记基因表达包括UCP1和PGC1α(数据4- - - - - -5)。
此外,EN1的表达显著下调寒冷暴露后,虽然增加了肥胖小鼠的蝙蝠。此外,在蝙蝠显著增加的高脂肪饮食(HFD)和Ob / Ob老鼠,蝙蝠显示减少功能(34,35]。众所周知,棕色脂肪生成通常与蝙蝠相关函数(36]。所以我们强调EN1反映脂滴的大小的蝙蝠,因为众所周知,HFD导致蝙蝠增生与大脂滴。另一方面,寒冷暴露导致脂质小滴大小的蝙蝠。符合这种猜测,EN1也可能受β3肾上腺素的信号就是重要的冷诱导激活。还需要进一步的研究来阐明这些假设。
总之,目前的研究表明,EN1积极监管棕色脂肪形成和蝙蝠函数通过增加产热的蛋白质的表达以及线粒体OXPHOS蛋白质。
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
Chuanhai张和兵翁了同样的工作。
确认
这项工作是支持的战略重点研究项目(XDB13030000 Wanzhu金)和关键研究项目(KJZD-EW-L01-3 Wanzhu金)中国科学院。
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