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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.


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