合作發(fā)文 | 探究正常飲食下ClC-3缺陷鼠表觀(guān)遺傳學(xué)和轉錄組學(xué)的改變
2023-06-20 閱讀數：2435
隨著(zhù)生活質(zhì)量的提高，代謝性疾病的患病率逐漸上升。根據國際糖尿病聯(lián)合會(huì )（IDF）糖尿病地圖集，估計到2021年，5.37億人患有糖尿病，5.41億人患有糖耐量受損。葡萄糖代謝障礙已成為威脅人類(lèi)生命、制約社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展的不可忽視的風(fēng)險之一。因此，迫切需要尋找有效的分子靶點(diǎn)來(lái)重新平衡糖代謝功能障礙。
2023年5月23日，西安交通大學(xué)基礎醫學(xué)院與華銀康集團高通量測序技術(shù)平臺科研團隊聯(lián)合在Frontiers in Cell and Developmental Biology期刊發(fā)表題目為“Epigenetic and transcriptomic alterations in the ClC-3-deficient mice consuming a normal diet”的研究論文，采用轉錄組+簡(jiǎn)甲基化測序（RRBS）聯(lián)合分析探究正常飲食下ClC-3缺陷鼠表觀(guān)遺傳學(xué)和轉錄組學(xué)的改變。
研究背景
代謝紊亂是一個(gè)嚴重威脅生命健康和社會(huì )負擔的重要問(wèn)題。ClC-3作為電壓依賴(lài)性氯離子通道家族中的重要成員之一，其缺失可改善血糖代謝的異常表型和胰島素敏感性的損害，并可改善高脂肪飲食引起的肥胖和糖脂代謝紊亂的發(fā)展。因此，ClC-3可能是改善糖脂代謝功能障礙的潛在靶點(diǎn)。然而，健康飲食對ClC-3-/-小鼠轉錄組和表觀(guān)遺傳學(xué)的影響尚未有詳細的研究。
研究分組
野生型（ClC-3+/+）小鼠 VS 純合型（ClC-3-/-）小鼠
技術(shù)路線(xiàn)
研究結果和結論
1. 敲除ClC-3不影響ClC-3-/-小鼠的體重增加
從4-12周正常飼養ClC-3+/+小鼠 和ClC-3-/-小鼠，發(fā)現與4周齡的ClC-3+/+小鼠相比，ClC-3-/-小鼠明顯變小，而12周時(shí)兩組小鼠體重無(wú)差異，這表明正常飲食下敲除ClC-3基因小鼠的生長(cháng)并未明顯減慢（圖1C-D）。與ClC-3+/+小鼠主要實(shí)質(zhì)器官重量相比，ClC-3-/-小鼠內臟重量較輕，說(shuō)明ClC-3-/-小鼠體重增加更多，這表明ClC-3-/-小鼠也可有效地轉化食物，進(jìn)一步得到生長(cháng)和發(fā)育（圖1E-F）。
圖 1
2. 敲除ClC-3會(huì )損害ClC-3-/-小鼠的葡萄糖耐量
正常飲食的小鼠在12周齡進(jìn)行血脂分析，組間沒(méi)有顯著(zhù)差異；而腹腔內糖耐量試驗表明，ClC-3缺失延遲了小鼠對血糖升高的反應，并增強了對血糖升高后降低血糖的效率（圖2）。
圖 2
3. ClC-3的缺失顯著(zhù)影響糖脂代謝相關(guān)通路基因的轉錄表達
為研究ClC-3在正常飲食小鼠葡萄糖代謝中的作用，對3周齡的ClC-3+/+和ClC-3-/-小鼠的肝臟進(jìn)行轉錄組測序。共鑒定出874個(gè)顯著(zhù)差異的基因DEGs（圖3A）。通過(guò)富集KEGG通路分析所有的DEGs，發(fā)現糖脂代謝相關(guān)通路顯著(zhù)聚集。因此，ClC-3缺失引起的糖耐量損害可能與糖代謝相關(guān)基因的轉錄改變有關(guān)。
圖 3
4. ClC-3的缺失改變了ClC-3 - / -小鼠的DNA甲基化水平
由于DNA甲基化是基因表達的調控者，通過(guò)RRBS分析DNA甲基化對ClC-3-/-小鼠肝臟中葡萄糖代謝相關(guān)基因的影響。統計組間甲基化胞嘧啶發(fā)生環(huán)境（圖4A）和發(fā)生位點(diǎn)（圖4B），并發(fā)現2540個(gè)差異甲基化區域DMRs（圖4C），通過(guò)進(jìn)行KEGG通路的分析豐富了DMRs在CG背景下靶向的基因，其中葡萄糖代謝相關(guān)通路顯著(zhù)豐富（圖4E），這意味著(zhù)控制甲基化的ClC-3缺失相關(guān)基因是調節葡萄糖代謝的重要因素。
圖 4
5. ClC-3通過(guò)DNA甲基化參與糖代謝相關(guān)基因的表達
進(jìn)一步探討DMR-錨定基因與DEGs之間的關(guān)系。DMR-錨定基因與DRGs之間有92個(gè)重疊基因（圖5A）。對KEGG富集分析發(fā)現，這些重疊基因與糖代謝相關(guān)的通路排在前20位（圖5B），Nos3、Pik3r1、Socs1和Acly聚集在II型糖尿病、胰島素抵抗和代謝途徑中（圖5D）。此外，Pik3r1和Acly的表達與DNA甲基化水平顯著(zhù)相關(guān)，而Nos3和Socs1的表達與DNA甲基化水平不相關(guān)（圖5E）。這表明DNA甲基化是ClC-3調控糖代謝相關(guān)基因表達的途徑之一。
圖 5
總結
在本文中，研究人員發(fā)現ClC-3參與調節葡萄糖代謝，并與DNA甲基化修飾密切相關(guān)，影響葡萄糖代謝相關(guān)基因的表達，這些基因的表達水平可以通過(guò)個(gè)性化飲食干預進(jìn)行改變。因此，通過(guò)分析差異表達基因和差異甲基化位點(diǎn)的重疊，確定了與II型糖尿病、胰島素抵抗和代謝途徑相關(guān)的基因，研究者指出，ClC-3可能是一個(gè)潛在的靶點(diǎn)，可以重新平衡不健康飲食引起的葡萄糖或脂質(zhì)代謝功能障礙。
綜合來(lái)看，該篇研究不僅通過(guò)轉錄組測序揭示了ClC-3基因缺失對代謝的影響，還通過(guò)結合表觀(guān)組學(xué)的分析提供了對DNA甲基化和轉錄調控在這一過(guò)程中的作用更為深入的理解。表觀(guān)組學(xué)是研究生物體在基因組、轉錄組等水平上的表觀(guān)修飾的領(lǐng)域科學(xué)，這些修飾包括DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA等。在表觀(guān)組學(xué)研究中，測序技術(shù)扮演著(zhù)至關(guān)重要的角色，通過(guò)測序分析可以揭示基因組和轉錄組的表觀(guān)修飾狀態(tài)及其在基因調控中的功能。華銀康目前推出了多款表觀(guān)組學(xué)產(chǎn)品促銷(xiāo)活動(dòng)，為科研人員提供了高質(zhì)量的測序解決方案。這些產(chǎn)品包括單細胞轉錄組測序、RNA 甲基化測序等，能夠幫助科研人員深入探索生物體的表觀(guān)遺傳學(xué)特征和調控機制。
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參考文獻
Jing Z, Zhang H, Wen Y, Cui S, Ren Y, Liu R, Duan S, Zhao W, Fan L. Epigenetic and transcriptomic alterations in the ClC-3-deficient mice consuming a normal diet. Front Cell Dev Biol. 2023 May 23;11:1196684. doi: 10.3389/fcell.2023.1196684. PMID: 37287451; PMCID: PMC10242048.
高通量測序檢測中心
中心定位于科研服務(wù)與臨床醫學(xué)轉化應用，圍繞基礎科研和臨床檢測兩大板塊，致力于生物醫學(xué)各領(lǐng)域的相關(guān)研究與測序大數據聯(lián)合分析，為各大高校、醫院和科研單位提供醫學(xué)科研項目的方案設計、測序實(shí)驗和數據分析為一體的一站式服務(wù)以及快速精準的臨床檢測服務(wù)，以成為業(yè)內領(lǐng)先的高通量測序服務(wù)中心為目標。
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