CaMK通过HDAC5转录运动诱导性骨骼肌细胞GLUT4基因的调控机制研究

GLUT4是治疗糖尿病和提高体能的关键性靶基因之一。AMPK与CaMK均能调节由运动引起的骨骼肌GLUT4基因表达。最新研究表明AMPK通过磷酸化HDAC5来调控该基因表达，而CaMK是否也采用相同的机制调控该基因还未见报道。运用转基因技术和其他分子生物、运动生化与生理等方法和技术在离体和活体条件下研究CaMK调控肌GLUT4基因表达的机制：探讨CaMK的激活子Caffeine和结构性激活的突变型CaMK是否能够磷酸化HDAC5；突变HDAC5磷酸化位点、缺失野生型HDAC5、以及干预HDAC5在细胞内的定位是否能够改变由Caffeine引起的GLUT4基因表达；揭示被CaMK激活的HDAC5与下游转录因子MEF2和GLUT4基因表达内在联系。从而阐明CaMK对GLUT4基因表达的分子调控机制，这为设计出具有类似于运动疗效的新型抗糖尿病转录治疗药物提供新分子靶点；也为提高体能提供依据。

摘要: GLUT4是治疗糖尿病和提高体能的关键性靶点。运用分子生物学技术和其它运动生化与生理等方法和技术在离体和活体条件下研究CaMK Ⅱ调控骨骼肌细胞GLUT4蛋白表达的机制：探讨CaMKⅡ的激活子Caffeine是否能够磷酸化CaMKⅡ和HDAC5，揭示被CaMKⅡ激活的HDAC5与GLUT4表达内在联系。从而阐明CaMKⅡ对GLUT4表达的分子调控机制。本项目获得实验结果有：（1）在Caffeine能够显著引起Caffeine组骨骼肌细胞GLUT4蛋白表达过程中，Caffeine组的CaMKⅡ(Thr286)的磷酸化水平与HDAC5(Ser498)和HDAC5(Ser259)磷酸化水平是成正相关关系；同时抑制剂KN62的实验结果从反方向证明CaMKⅡ(Thr286) 磷酸化与HDAC5(Ser498)和(Ser259)位点磷酸化也是正相关关系；（2）无论是在低糖还是在高糖浓度条件下骨骼肌细胞GLUT4蛋白表达变化都对应着上游CaMKⅡ蛋白位点（Thr286）磷酸化的变化和下游HDAC5蛋白位点(Ser498)和（Ser259）磷酸化的变化，所以CaMKⅡ调节GLUT4表达的机制至少涉及到CaMKⅡ征用转录抑制子HDAC5，并通过调节HDAC5的两个磷酸化位点(Ser 498)和（Ser 259）来控制骨骼肌细胞GLUT4的表达；（3）受损的胰岛素信号通路不影响由运动模拟信号Caffeine所以引起GLUT4的表达，并且像正常动物观察的一样，由Caffeine引起的GLUT4的表达是通过Caffeine-CaMKⅡ-HDAC5通路来调节GLUT4的表达，这也从另外一个角度证明CaMKⅡ通过HDAC5调控运动诱导性骨骼肌细胞GLUT4的表达。综上所述我们从三个方面说明在CaMKⅡ介导的调节GLUT4表达的信号通路中与HDAC5蛋白相互作用关系，即在Caffeine作用下由Caffeine诱导的Ca2+增加的确能够诱导CaMKⅡ(Thr286)的磷酸化水平的增加，并且CaMKⅡ蛋白的磷酸化也能够磷酸化下游蛋白HDAC5两个位点，所以在调节GLUT4表达的信号通路中CaMKⅡ与HDAC5能够相互作用来调控GLUT4表达。