NSUN2对3T3-L1前体脂肪细胞成脂分化的调控机制研究

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动物体的脂肪沉积是影响畜禽生产性能与肉品质的关键因素,脂肪组织的过度积累会导致饲料利用率下降并影响动物健康与食品安全,而脂肪沉积过少则会降低肉品品质,因此,调控动物体的合理脂肪沉积是畜牧行业关注的重点。脂肪沉积过程包括由前体脂肪细胞分化决定的脂肪细胞数目增多,与成熟脂肪细胞内脂质积蓄决定的脂肪细胞体积增大。克隆增殖阶段是前体脂肪细胞分化的重要阶段。在这一阶段中,接触抑制的细胞再次进入细胞周期进行有丝分裂,增多脂肪细胞的数目并促进脂肪沉积。近年来,RN A甲基化修饰在前体脂肪细胞成脂分化过程中的调控作用,引起广泛的关注。其中,探究m6A修饰对成脂分化影响的研究较多,但m5C在成脂分化过程中的影响鲜有报道。NSUN2(NOP2/Sun RNA methyltransferase family member 2)作为m5C的甲基转移酶,具有调控干细胞增殖分化,调节有丝分裂细胞周期进程的功能,但NSUN2调控前体脂肪细胞成脂分化的研究却少见报道。据此,本研究阐述NSUN2对前体脂肪细胞成脂分化的影响及其分子调控机制。试验一:NSUN2对前体脂肪细胞成脂分化的影响以3T3-L1前体脂肪细胞为研究对象,利用干扰siRNA与质粒过表达技术,构建干扰或过表达NSUN2的3T3-L1前体脂肪细胞模型,明确m5C甲基转移酶NSUN2对前体脂肪细胞成脂分化的调控作用,结果如下:1)NSUN2负调控前体脂肪细胞成脂分化:干扰NSUN2显著促进脂滴生成,显著提高成脂分化标志性基因的表达(P<0.05),过表达NSUN2显著抑制脂滴生成与成脂分化标志性基因的表达(P<0.05)。2)NSUN2负调控细胞周期进程:过表达NSUN2显著抑制细胞周期G1至S期进程(P<0.01)。上述结果表明,NSUN2负调控细胞周期与成脂分化过程。试验二:NSUN2甲基转移酶活性对p21蛋白表达的影响结合流式细胞周期检测技术与MeRIP-qPCR技术,阐明NSUN2对细胞周期相关蛋白表达的调控作用,以及对下游细胞周期靶基因mRNA的m5C甲基化修饰功能,结果如下:1)NSUN2正调控细胞周期抑制蛋白p21的蛋白表达:干扰NSUN2可显著降低细胞周期蛋白p21的蛋白表达量(P<0.01),过表达NSUN2可显著提高p21蛋白的表达(P<0.05)。2)NSUN2依赖于甲基转移酶活性调控p21蛋白表达:在细胞中过表达NSUN2甲基转移酶活性突变型质粒,p21蛋白表达无显著变化(P>0.05),脂滴生成量无显著变化。3)NSUN2依赖于甲基转移酶活性调控细胞周期与成脂分化:在细胞中过表达NSUN2突变型质粒,检测3T3-L1前体脂肪细胞的细胞周期进程及脂滴生成情况,结果表明细胞周期进程与脂滴生成无显著变化(P>0.05)。4)NSUN2提高p21 mRNA的m5C水平:在细胞中过表达NSUN2野生型或突变型质粒,利用RNA甲基化免疫共沉淀技术检测p21 mRNA上m5C的水平,结果表明NSUN2野生型质粒可显著提高p21 mRNA上m5C水平(P<0.01),NSUN2突变型质粒对m5C水平无显著影响(P>0.05)。上述结果表明,NSUN2依赖甲基转移酶活性修饰p21m5C位点,促进p21蛋白表达与成脂分化。试验三:NSUN2对p21 mRNA翻译效率的影响及调控机制研究利用Polysome Fraction Analysis及荧光原位杂交技术,揭示了 Alyref识别并结合m5C位点,促进p21 mRNA出核转运及提高翻译效率的内在机制,结果如下:1)NSUN2正调控p21 mRNA的翻译效率:在3T3-L1细胞中干扰或过表达NSUN2,p21 mRNA的表达水平无显著变化(P>0.05),翻译效率有显著变化。干扰NSUN2可显著降低p21 mRNA的翻译效率(P<0.01),过表达NSUN2则显著提高p21 mRNA的翻译效率(P<0.01)。2)m5C识别蛋白Alyref正调控p21的蛋白表达:在过表达NSUN2的细胞中干扰Alyref可显著降低p21蛋白表达,表明NSUN2协同Alyref调控p21的蛋白表达,与此同时,干扰Alyref可显著降低p21蛋白表达。3)Alyref结合p21 mRNA并促进其出核转运:RNA蛋白质免疫共沉淀实验结果表明Alyref可识别并结合p21 mRNA的m5C位点。在细胞中干扰Alyref,通过核质分离实验与荧光原位杂交实验检测p21 mRNA出核转运效率,结果表明,干扰Alyref可显著抑制p21 mRNA的出核转运(P<0.01),并抑制p21的蛋白表达。上述结果表明,Alyref识别并结合NSUN2修饰的m5C位点,促进p21 mRNA出核转运并提高其翻译效率。综上所述,本研究阐明NSUN2对前体脂肪细胞细胞周期进程与脂肪分化的抑制作用,并探究NSUN2依赖其m5C甲基转移酶活性促进p21的蛋白表达抑制细胞周期进程的内在机制,表明NSUN2是成脂分化克隆增殖阶段细胞周期过程的关键调控因子,进一步研究表明,NSUN2可协同Alyref介导p21 mRNA的出核转运,并促进p21 mRNA的翻译效率。我们的工作揭示了 NSUN2-m5C-Alyref信号在成脂分化过程中的关键作用,为m5C甲基化修饰对脂肪沉积调控与肉品品质性状影响的相关研究提供新的思路。
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