Cell Metabolism：Arraystar LncRNA芯片在小鼠代謝疾病研究中的應(yīng)用

美國國立衛(wèi)生研究院曹海明教授主要研究能量代謝的復(fù)雜調(diào)控機(jī)制，揭示代謝性疾病的發(fā)病機(jī)制。其團(tuán)隊(duì)在解析lncRNA在小鼠代謝性疾病領(lǐng)域的調(diào)控過程取得了一系列突破性發(fā)現(xiàn)。近期，該實(shí)驗(yàn)室采用Arraystar Mouse LncRNA 芯片研究病理代謝條件下小鼠的關(guān)鍵代謝器官中的mRNA和LncRNA，篩選出小鼠不同代謝狀況下的組織特異性lncRNA。通過過表達(dá)和敲除lncRNA-Gm16551，闡明了lncRNA-Gm16551是代謝轉(zhuǎn)錄因子SREBP1c和脂肪生成等的負(fù)調(diào)控因子。該研究成果發(fā)表在細(xì)胞代謝領(lǐng)域權(quán)威期刊Cell Metabolism（影響因子17.56）。（芯片實(shí)驗(yàn)由Arraystar提供技術(shù)服務(wù)）

研究背景：

物質(zhì)和能量代謝是生命最基本的特征之一，而維持代謝平衡是生命活動最基本的需求。哺乳動物的關(guān)鍵代謝器官通過內(nèi)分泌因子傳遞、調(diào)節(jié)信號來系統(tǒng)性地調(diào)控機(jī)體能量平衡。此外，機(jī)體的能量代謝狀態(tài)還能系統(tǒng)性影響免疫反應(yīng)、生育、疾病病理等過程。長鏈非編碼RNA是近些年逐漸引起科學(xué)界關(guān)注的一類長度大于200nt，不編碼蛋白質(zhì)的一類RNA。LncRNA影響很多細(xì)胞功能，包括染色質(zhì)修飾，轉(zhuǎn)錄調(diào)控，RNA穩(wěn)定性和翻譯調(diào)控。然而，LncRNA在能量代謝活動中的作用仍然是未知的。因此，鑒定出重要的lncRNA代謝調(diào)控因子并探究lncRNA在疾病代謝通路中如何發(fā)揮功能具有重要的研究和應(yīng)用價值。

研究思路：

為了系統(tǒng)研究lncRNA在調(diào)節(jié)能量代謝中的作用，作者首先利用Arraystar Mouse LncRNA 芯片研究小鼠關(guān)鍵代謝器官在代謝病理生理?xiàng)l件下lncRNA和mRNA的表達(dá)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)4759個上調(diào)的lncRNA中359個具有組織特異性和代謝敏感的lncRNA，并通過lncRNA-mRNA相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)它們在能量代謝很多方面具有功能。對lncRNA進(jìn)行功能預(yù)測并利用細(xì)胞實(shí)驗(yàn)研究目標(biāo)lncRNA在特定的代謝通路中的功能。此法獲得了組織特異性的lncRNA代謝調(diào)控因子群體，鑒定了一個參與肝臟脂質(zhì)代謝調(diào)控的特異性lncRNA-Gm16551，它被脂肪代謝主要轉(zhuǎn)錄因子SREBP1c上調(diào)表達(dá)；利用lncRNA-Gm16551基因敲除小鼠，檢測發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵脂肪生成基因受到上調(diào)表達(dá)以及甘油三酯代謝循環(huán)水平上升。這些研究結(jié)果表明lncRNA參與構(gòu)成了營養(yǎng)感應(yīng)和代謝響應(yīng)的重要組分。

技術(shù)路線：

結(jié)果展示：

A

    圖A：小鼠不同代謝條件下組織特異性mRNA（上圖）和lncRNA（下圖）在肝臟（左）、脂肪（中）和肌肉（右）分布圖

B

圖B：代謝敏感型lncRNA的關(guān)聯(lián)差異mRNA在肝臟中的生物過程GO分析

C

圖C：肝臟組織中過表達(dá)代謝轉(zhuǎn)錄因子SREBP1c 24h后，LncRNA的表達(dá)水平變化

D

圖D：在小鼠肝臟組織敲低或過表達(dá)SREBP1c和lncRNA-Gm16551時，下游調(diào)控基因表達(dá)水平變化

研究意義：

本研究利用Arratstar Mouse LncRNA芯片技術(shù)篩選建立了代謝調(diào)控關(guān)聯(lián)的lncRNA復(fù)雜譜系，隨后結(jié)合生物信息學(xué)手段和實(shí)驗(yàn)分析的方法，闡明了lncRNA參與代謝穩(wěn)態(tài)維持的功能。本研究結(jié)果有力支持了小鼠模型中l(wèi)ncRNA是作為重要的代謝調(diào)控因子構(gòu)成營養(yǎng)感知和代謝應(yīng)答一個重要組分，為lncRNA在人類代謝疾病的功能研究奠定了基礎(chǔ)。

論文鏈接：

Integrative Transcriptome Analyses of Metabolic Responses in Mice Define Pivotal LncRNA Metabolic Regulators.   http://dx.doi.org/10.1016/j.cmet.2016.08.019