LKB1基因调控山羊肌内脂肪细胞分化的作用及机制探索

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肌内脂肪(Intramuscular fat,IMF)是影响家畜肉质性状的重要因素之一,可影响肉的嫩度和多汁性。这一过程受众多复杂的因子调控,但目前参与该过程的关键调控因子仍不完全清楚。尽管肝激酶B1(Liver kinase B1,LKB1)在其他动物被报道参与骨骼肌、白色脂肪和棕色脂肪组织的发育,但由于肌内脂肪细胞沉积在肌束间或肌束内的特殊位置,LKB1在山羊IMF沉积中的作用仍需要进一步阐明。因此,本研究首先通过PCR技术克隆得到山羊LKB1基因序列,然后采用实时荧光定量PCR(Real-time Quantitative PCR,q PCR)技术,检测简州大耳山羊各种组织和肌内脂肪细胞中LKB1的表达模式。进一步采用RNA干扰和腺病毒过表达等基因功能研究手段,明确LKB1对山羊肌内脂肪细胞分化的调控作用。最后利用RNA-seq筛选LKB1调控山羊肌内脂肪细胞的转录谱变化及信号通路,以期阐明LKB1调控肌内脂肪细胞分化的潜在分子机制。研究结果如下:(1)山羊LKB1基因克隆及表达特性分析本研究克隆获得包括山羊ORF的LKB1序列1317 bp,编码438个氨基酸;LKB1蛋白具有典型的(丝氨酸/苏氨酸激酶催化)S-TKC结构域,为具有核质穿梭、发生磷酸化/去磷酸化的亲水性蛋白。LKB1基因在所检测的组织(心脏、肝脏、脾脏、肾脏、大肠、瘤胃、皮下脂肪、腹部脂肪、背最长肌、股二头肌、臂三头肌)中广泛表达,并在肾脏、内脏脂肪和皮下脂肪中具有较高的表达水平。LKB1基因在山羊肌内脂肪细胞分化过程中均表达,且在前期表达呈现下降趋势,诱导后24 h达到最低点,后期逐渐升高。(2)LKB1对山羊肌内脂肪细胞分化的影响干扰LKB1组与对照组相比,显著促进了肌内脂肪细胞脂质积聚,并且显著提高了分化标志基因PPARγ、CEBPα、CEBPβ和脂肪合成相关基因FASN、DGAT2以及脂解基因LPL的表达水平。腺病毒介导的LKB1基因过表达后显著抑制了肌内脂肪细胞脂质积聚,并且极显著下调了脂肪细胞分化标志基因PPARγ、SREBP1的表达水平(P<0.01);显著降低了脂肪合成相关基因FASN、DGAT2和脂解基因LPL的表达水平(P<0.05)。(3)LKB1调控山羊肌内脂肪细胞分化的机制探索利用RNA-seq技术揭示干扰LKB1调控全基因组转录本变化的图谱,发现有1043个差异表达蛋白编码基因(DEGs)。与对照组肌内脂肪细胞相比,LKB1干扰上调差异基因425个,下调差异基因618个。KEGG分析发现差异表达基因(DEGs)主要富集于粘附分子(Focal adhesion pathway)信号通路及其经典的下游PI3K-Akt信号通路。FAK是粘附分子信号的关键成员,进一步分析发现干扰LKB1提高细胞中FAK的表达水平,反之亦然。利用特异性FAK抑制剂(PF573228)处理肌内脂肪细胞后,恢复了LKB1干扰促进成脂分化的表型。。综上所述,干扰LKB1基因促进山羊肌内脂肪细胞分化,而过表达LKB1抑制山羊肌内脂肪细胞成脂分化。转录组测序结果显示,干扰肌内脂肪细胞LKB1筛选的差异表达基因主要富集在FAK信号通路及其经典下游PI3K-Akt信号通路;FAK特异抑制剂处理肌内脂肪细胞,恢复LKB1干扰促进山羊肌内前体脂肪细胞成脂分化的表型。该研究结果为山羊IMF沉积的遗传调控网络提供新的证据,并从肌内脂肪沉积的角度为改善人类健康和肉质提供了理论支撑。
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