Rcan2基因的两种剪切变体在肥胖发生中的作用研究

Obesity has reached epidemic proportions globally over the past several decades, and now poses a major risk for human health. It is widely accepted that obesity is a result of interaction of genetic and environmental factors. Epidemiological evidence has clearly shown direct linkage between overnutrion and obesity. However, the genetic factors linking obesity to overnutrion are poorly understood. We, for the first time, found that there may be an Rcan2-dependent mechanism which regulates food intake and promotes weight gain and plays an important role in the development of age- and diet-induced obesity. In mice, two isoforms (Rcan2-1 and Rcan2-3 mRNAs) are generated from a single Rcan2 gene by alternative transcription initiation, and their expressions are most prominently expressed in the hypothalamic nuclei governing energy balance. In these two isoforms, the expression of Rcan2-3 is only found in brain, and its expression in the hypothalamus is up-regulated by fasting which may involves in the hyperphagic response to starvation; however the expression of Rcan2-1 is wide and stable, and whether it involves in the regulation of food intake is unknown. In this study, we will study their function in the development of obesity by generating the two isoforms-specific knock-out mouse models. In addition, we will determine which of the Rcan2 isoforms is prominently expressed in the hypothalamic nuclei governing food intake by inserting the LacZ gene into the loci of the Rcan2 isoforms. This study will provide novel information on the regulation of body weight and improve our understanding of the mechanisms of obesity.

近几十年来肥胖在全球爆发，严重地影响人类的健康。肥胖的爆发被认为是遗传因素与环境因素相互作用的结果，流行病学的研究表明肥胖的发生与营养过剩相关，但对其中的遗传因素了解甚少。申请者首次发现可能存在一种依赖于 Rcan2基因的机制：它以固定的模式增加摄食并促进体重增加，在年龄及食物引起的肥胖发生中起重要的作用。Rcan2基因经不同的转录起始编码两种剪切变体，其产物突出分布于下丘脑调控摄食及体重的神经核团。剪切变体Rcan2-3只在脑中发现，其表达在饥饿中上调且作用于饥饿引起的过度摄食行为； Rcan2-1表达广泛但不受饥饿的影响，是否参与摄食调节还不清楚。本申请拟构建Rcan2剪切变体分别敲除的小鼠模型，研究它们在肥胖发生中的作用，同时在敲除的剪切变体中插入LacZ基因，通过检测LacZ的表达确定是哪种剪切变体突出表达于下丘脑中的神经核团。本研究将增强我们对体重调节及肥胖发生机制的了解。

近几十年来肥胖在全球爆发，严重地影响人类的健康。肥胖的爆发被认为是遗传因素与环境因素相互作用的结果，流行病学的研究表明肥胖的发生与营养过剩相关，但对其中的遗传因素了解甚少。我们以往的研究表明Rcan2基因增加摄食并促使了肥胖的发生。Rcan2基因编码两种剪切变体Rcan2-1和Rcan2-3，每种变体的表达分布及其作用并不清楚。本研究中，我们分别制作了Rcan2-1敲除小鼠和Rcan2-3敲除小鼠，体重监测实验表明两种变体可能都在体重调节机制中起作用，但Rcan2-1变体的作用更大一些。通过对 Rcan2-3-LacZ或Rcan2-1-LacZ融合蛋白的X-Gal染色显示Rcan2-3或者Rcan2-1的表达分布: Rcan2-3在胚胎期9.5天（E9.5）时已表达，E11.5至E12.5天时其主要分布于端脑泡、中后脑交界处、后脑、延髓、脊髓，E13.5天时其分布范围扩展至中脑、间脑，随着发育进行Rcan2-3在胚胎中枢神经系统的表达范围逐渐扩大，在成体中Rcan2-3集中分布于脑、脊髓且在PVN等神经核团有突出表达；而Rcan2-1表达较晚、表达量较少，胚胎E15.5天时检测到前脑区有微弱表达，在成体脑中仅丘脑、大脑皮层部分区域有一定分布。. 我们比较Rcan2−/− 和 Rps6kb1−/−两种突变小鼠生长和体重的影响，发现二者通过不同的机制影响生长和体重。Rps6kb1的缺失首先影响了小鼠的胚胎发育进而造成体型的变小，其摄食量的减少及体重减轻可能源于体型的改变，这表明 Rps6kb1 基因是调节生长发育的一个重要基因；Rcan2的缺失不影响小鼠的胚胎发育，但是减少了摄食量，进而对生长和体重产生了影响，这些结果进一步证明Rcan2是一种增加摄食量的基因。此外，我们发现高脂肪食物以一种与遗传无关的方式促进体重增长，Rcan2 基因和高脂肪食物共同存在时能够促使体重的快速增加，这为流行病学的研究结论提供了一种机制解释。. 我们还研究了Rcan2和雌激素对雌性小鼠体重的影响，发现两者通过不同的机制影响雌性小鼠的体重，Rcan2基因增加摄食促使体重增加；而雌激素只在一定程度上增加了能量代谢，但不影响摄食，该发现与流行的雌激素严格调控雌性体重的理论相悖。. 本项目资助下发表2篇SCI论文和1篇中文核心论文，培养硕士研究生3名。