转录因子ChREBP对肝脏脂肪从头合成的影响ppt课件.pptx

转录因子ChREBP对肝脏脂肪从头合成的影响 1 4 影响ChREBP基因表达的因素 3 ChREBP对肝脏脂肪从头合成的影响 2 ChREBP的概述 1 前言 主要内容 5 结语与展望 6 参考文献 2 符号说明 3 4 一 前言 随着人们生活水平的日益提高 饮食结构也发生了很大的变化 过量高脂高糖的食物被食用 从而引起高血糖 高血脂 脂肪肝及糖尿病等代谢疾病 而这些疾病都与转录因子ChREBP密切相关 肥肝 脂肪沉积 5 二 ChREBP的概述 6 2 1ChREBP的发现 7 2 2ChREBP的结构 ChREBP属于碱性螺旋 环 螺旋 亮氨酸锌指 bHLH ZIP 转录因子中的Mondo家族 Luis等 2000Yamashita等 2001Cairo等 2001 Monkia等 2008唐慧2010Ma等 2007 8 含6个结构域 NES NLS GSM Pro rich b HLH Zip Zip like Yamashita等 2001Uyeda等 2006Postic等 2007Fukasawa等 2009 4个磷酸化位点 Ser 196 Ser 626 Thr 666为PKA的磷酸化位点Ser568为AMPK的潜在磷酸化位点 9 LID 低葡萄糖抑制结构域GRACE 葡萄糖敏感激活保守元件 Li等 2006 10 2 3组织表达特异性 ChREBP几乎在哺乳动物的所有组织中普遍表达 其mRNA在胚胎期小鼠的肝脏组织中首次检测到 Cairo等 2001 Iizuka等 2004 Yamashita等 2001Cairo等 2001 lizuka等 2004Monkia等 2008唐慧2010 11 在肝脏和胰腺中 可作为脂肪合成基因的转录调节因子 Wang等2002Postic等 2007 在脂肪组织中 可作为脂肪细胞分化的一个调控因子 在大脑中可能与食欲控制有关 也可能与调控葡萄糖传感神经元有关 Gallardo等 2007 Iizuka等 2004 12 三 ChREBP对肝脏脂肪从头合成的影响 13 脂肪合成部位 人 主要在肝脏 猪和反刍动物 主要在脂肪组织 禽 完全在肝脏 鼠 兔 肝脏和脂肪组织都可以 脂肪合成的原料 从头合成 糖和氨基酸转变生成的脂肪酸 食物中 消化吸收的外源性脂肪酸 脂肪组织 动员来的脂肪酸 14 多余的碳水化合物 甘油三酯 脂肪从头合成途径 外周组织 碳水化合物代谢 脂质代谢 核心调控场所 15 Postic等 2007 16 关键酶 LPK G6PDH ACC FAS Iyned等 1997 Granner 1990Katsurada 1990 共同点 启动子上都含有ChRE ChREBP能够与其结合 从而调控其转录活性 17 Iizuka 2004 与野生型小鼠相比 ChREBP敲除型小鼠LPK G6PDH ACC FAS基因mRNA水平明显降低 以野生型小鼠各基因的表达量为1 其相对值 18 Iizuka 2004 肝脏重量增加 附睾脂肪 褐色脂肪重量下降 肝糖原沉积显著增加 甘油三酯合成量明显降低 19 LPK ACC FAS 野生型小鼠在高浓度葡萄糖下肝细胞LPK ACC FAS基因mRNA水平显著高于低浓度 Ishii等 2004 而ChREBP基因敲除小鼠肝细胞中mRNA水平变化较小 20 Iizuka等 2006 体重明显下降 附睾脂肪 褐色脂肪重量显著下降 肝脏甘油三酯合成量 血浆中游离脂肪酸量显著下降 在肥胖型小鼠中敲除ChREBP基因能够明显改善肥胖注 野生型体重18 0 7g 21 糖原 甘油三酯 6磷酸葡萄糖 丙酮酸 LPK ACC FAS ChREBP缺失 Iizuka 2004Ishii等 2004 葡萄糖 22 研究表明 ChREBP在发挥功能时 是以二聚体的形式结合到靶基因启动子区的ChRE序列上 但ChREBP自身并不二聚体化或结合到ChRE形成二聚体 Meroni等 2000 Stoeckman等 2004 Mlx自身不具有调控靶基因的转录活性 功能伴侣 23 ChREBP还可能与其它辅助因子共同作用 以精确调节靶基因的转录 在肝细胞 HNF24A和ChREBP之间有直接的相互作用 在肝细胞中 c Myc在ChREBP介导的葡萄糖应答基因调节过程中发挥重要作用 Zhang等 2010 Adamson等 2006 24 四影响ChREBP基因表达的因素 25 影响ChREBP基因表达的因素包括营养 激素 药物等 ChREBP GREBP 在高糖饮食情况下活化 高脂饮食情况下表达受抑 甲状腺激素 胰岛素对ChREBP的表达进行正调控 胰高血糖素进行负调控 另外 一些药物也对ChREBP的表达有影响 曲格列酮 治疗糖尿病 上调ChREBP的表达阿托伐他汀 治疗高甘油三酯症 下调ChREBP的表达 Kawaguchi等 2002 Hasegawa等 1999 He等 2004Rodrigue等 2009 26 活性调节主要发生在两个水平上 从细胞质向细胞核的转移 DNA结合 转录活性的激活 ChREBP促进靶基因的转录需在细胞核中才能完成 因此其必须进入到细胞核中 Wang等 2002 27 葡萄糖在体内和体外均能诱导肝脏ChREBP基因的表达 葡萄糖对ChREBP基因表达进行正向调控 4 1葡萄糖 28 时间效应 2h内启动 一直增长到12h 浓度效应 从5mM开始 在27 5mM达到稳定期 Li等 2006 29 在葡萄糖的调控过程中 是葡萄糖代谢产物而非葡萄糖本身起作用 Doiron等 1996 6 磷酸葡萄糖 G6P 是第一个被认为的关键调控因子 研究表明 G6P在大鼠脂肪合成途径起信号作用 利用GK基因敲除小鼠模型证实 GK的催化产物G6P在ChREBP GREBP 的活化及核内转移中发挥重要作用 Postic等 1999 Foufelle等 1992 当时关于G6P的作用机制尚不清楚 30 在大鼠肝细胞中 排尽其内源代谢物 然后在不同条件下培养 Kabashima等 2001 结果发现 在Xu5P培养下 ChREBP的相对活性最高 31 Kawaguchi等 2002postic等 2007 去磷酸化途径 X5P激活PP2A 使ChREBP在细胞质和细胞核中去磷磷化 从而与靶基因结合 并激活其转录 第二个关键调控因子 X5P 32 在小鼠中研究发现 无论是在低葡萄糖浓度下还是在高葡萄糖浓度下 绝大多数肝细胞中的ChREBP仍停留在细胞质 但在高浓度条件下 ChREBP的转移速率约是低葡萄糖浓度的3倍 推测葡萄糖激活ChREBP 可能与提高转核速率密切相关 Davies 2008 96 78 33 70 通过在肝细胞中过表达一种抗原 抑制PP2A的活性 Dentin 2012 34 G6P 磷酸戊糖途径 X5P G6PDH 限速酶 Dentin 2012 35 使用腺病毒诱导G6PDH活性提高了10倍 G6P浓度降低60 X5P浓度升高20 40 60 Dentin 2012 36 使用siRNA干扰G6PDH活性降低约10倍 G6P浓度提高30 X5P浓度降低20 25 25 Dentin 2012 37 Dentin 2012 研究表明 G6P而非Xu5P是ChREBP核转移和转录活性激活所必需的 38 G6P可能依赖GSM元件 Li等 2006 构建S196 T665位点突变 ChREBP的融合蛋白活性更高 斑鳌酸抑制PP2A后 并没有显著影响ChREBP的活性 39 低葡萄糖浓度下 LID抑制GRECE的活性 高浓度葡萄糖下 GRECE抑制LID的活性 Li等 2006 40 进一步研究表明LID区域的MCR2保守序列与GRACE区域的MCR5保守序列协同调控ChREBP的活性 属于一种分子内部调节机制 并不依赖于ChREBP的核定位和DNA的结合活性 Davies等 2008 41 推测 G6P可能通过GSM调节ChREBP G6P Dentin 2012 LIDGRACE ChREBP Glucose 42 Arden等 2012 研究表明 葡萄糖诱导ChREBP的活性需要2 6二磷酸果糖 葡萄糖调控ChREBP的活性可能涉及多种代谢产物参与的综合过程 43 4 2脂肪酸 脂肪酸对ChREBP基因表达进行负向调控 44 Kawaguchi等 2002 LPK的转录活性降低了75 左右 在原代培养的肝细胞中添加 乙酸 C2 0 辛酸 C8 0 棕榈酸 C16 0 45 Kawaguchi等 2002 AMP的浓度增加了约30倍 ATP浓度无明显变化 46 Kawaguchi等 2002 AMPK活性显著提高 ChREBP的DNA结合性明显降低 47 AMPK ChREBP PSer568 ChRE 细胞核 AMP激活AMPK的活性 能够使核内经PP2A去磷酸化的ChREBP在Ser568磷酸化 导致与DNA结合性降低 Kawaguchi等 2002 48 研究发现 PUFA不能调节肝脏中AMPK的磷酸化 Xu等 2006Dobrzyn等 2004 通过AMPK基因敲除小鼠试验证实 PUFA抑制ChREBP从细胞质到细胞核的转移并不依赖于AMPK Dentin等 2005 研究报道称PUFA也能够调节大鼠肝脏中AMPK磷酸化 Suchankova等 2005 49 在禁食24h小鼠中 高碳水化合物饲喂处理高碳水化合物 饱和脂肪酸饲喂处理高碳水化合物 多不饱和脂肪酸饲喂处理 Dentin等 2005 50 Dentin等 2005 细胞质提取物中的ChREBP蛋白水平并未显著变化 细胞核提取物中的ChREBP蛋白水平显著降低 51 50 50 52 Dentin等 2005Postic等 2007 而饱和脂肪酸及单不饱和脂肪酸无此效应 并不依赖于AMPK的磷酸化作用 葡萄糖 6磷酸葡萄糖 5磷酸木酮糖 ChREBP GK G6PDH 阻碍 细胞核 PUFA 53 给小鼠饲喂含PUFA的食物 鱼油 橄榄油 不会抑制ChREBP的核丰度 但能抑制Mlx的核丰度 Xu等 2006 因此Mlx可能会作为PUFA调控的一个靶点 通过抑制MIx核丰度来抑制ChREBP的活性 过表达Mlx 解除了PUFA对ChREBP的抑制作用 54 小结 葡萄糖对ChREBP进行正向调节 涉及多种代谢产物的参与脂肪酸对ChREBP进行负调节 多不饱和脂肪酸与非多不饱和脂肪酸存在不同的机制 55 五结语与展望 56 结语ChREBP是一个重要的转录因子 具有组织表达特异性 尤以肝脏中表达量最高在肝脏中 ChREBP激活后能够促进葡萄糖向脂肪酸的转化活性受营养 激素及药物的调节 葡萄糖促进其基因的表达 而脂肪酸则抑制基因表达 57 展望 关于葡萄糖及脂肪酸对ChREBP活性的精确调节机制还需更进一步的研究论证 目前在肝脏组织中研究较多 在其他组织的功能和作用机理还有待深入研究ChREBP在肝脏中的作用机理可以为在治疗糖代谢和脂肪代谢等综合疾病方面提供一些新的靶点 也可为动物生产中脂肪沉积提供指导 58 六 部分参考文献 Fabiennefoufelle Dominiqueperdereau Bettygouhotetal Effectofdietsrichinmedium chainandlong chaintriglyceridesonlipogenic enzymegeneexpressioninliverandadiposetissueoftheweanedrat J Eur J Biochcm 1992208 381 387 DonaldB Jump StevenD Clarke AnnetteThelenetal Coordinateregulationofglycolyticandlipogenicgeneexpressionbypolyunsaturatedfattyacids J J LipidRes 1994 35 1076 1084 Prip BuusC PerdereauD FoufelleF etal Inductionoffatty acid synthasegeneexpressionbyglucoseInprimarycultureofrathepatocytes dependencyuponglucoknaseactivity J JBiolche 1995 230 309 315RenaudDentin Pierre DamienDenechaud FadilaBenhamed etal HepaticGeneRegulationbyGlucoseandPolyunsaturatedFattyAcids ARoleforChREBP J TheJournalofNutrition 2006 18 1145 1149DecauxJF MarcillatO PichardAL etal Glucose dependentand independenteffectofinsulinongeneexpression J JBiolChem 1991 266 3432 3438 J Girard P Ferr F Foufelle MechanismsbywhichcarbohydratesRegulateexpressionofgenesforglycolyticandlipogenicenzymes J Annu Rev Nutr 1997 17 325 352 5 H C Towle E N Kaytor H M Shih Regulationoftheexpressionoflipogenicenzymegenesbycarbohydrate J Annu Rev Nutr 1997 17 405 433 6 FoufelleF FerreP Newperspectivesintheregulationofhepaticglycolyticandlipogenicgenesbyinsulinandglucose aroleforthetranscriptionfactorsterolregulatoryelementbindingprotein 1c J JBiochem 2002 366 377 391 59 HasegawaJ OsatomiK WuRF etal Anovelfactorbindingtotheglucoseresponseelementsofliverpyruvatekinaseandfattyacidsynthasegenes J JBiolChem 1999 274 2 1100 1107 CairoS MerlaqUrbinatiF etal WBSCRI4 agenemappingtotheWilliams Beurensyndromedeletedregion isanewmemberoftheMlxtranscriptionfactornetwork J HumMolGenet 2001 10 6 617 627 YamashitaH TakenoshitaM SakuraiM etal Aglucose responsivetranscriptionfactorthatregulatescarbohydratemetabolismintheliver J ProcNatlAcadSciUSA 2001 98 16 9116 9121 PosticC DentinR DenechaudPD etal ChREBP atxanscriptionalregulatorofglucoseandlipidmetabolism J AnnuRevNutr 2007 27 179 192 MaL ShamYY WaltersKJetal Acriticalrolefortheloopregionofthebasichelix loop helix leucinezipperproteinMlxinDNAbindingandglucose regulatedtranscription J Nucleicacidsresearch 2007 35 1 35 44 ShihHM LiuZ TowleHC TwoCACGTGmotifswithproperspacingdictatethecarbohydrateregulationofhepaticgenetranscription J JBiolChem 1995 270 37 21991 21997 KabashimaT KawaguchiT WadzinskiBE etal Xylulose 5 phosphatemediatesglucose inducedlipogenesisbyxylulose5 phosphate activatedproteinphosphataseinratliver J ProcNatlAcadSciUSA 2003 100 9 5107 5112 LiMV ChangB ImamuraM etal Glucose dependenttranscriptionalregulationbyanevolutionarilyconservedglucose sensingmodule J Diabetes 2006 55 5 1179 1189 KawaguchiT TakenoshitaM KabashimaT etal GlucoseandCAMPregulatetheL typepyruvatekinasegenebyphosphorylation dephosphorylationofthecarbohydrateresponseelementbindingprotein J ProcNatlAcadSciUSA 2001 98 24 13710 13715 60 MichaelN Davies BrennonL O Callaghan HowardC Towle GlucoseActivatesChREBPbyIncreasingItsRateofNuclearEntryandRelievingRepressionofItsTranscriptionalActivity J JBiolChem 2008 283 35 24029 24038CatherineArden SusanJ Tudhope JohnLPetrieetal Fructose2 6 bisphosphateisessentialforglucose regu