PRDM16 mRNA选择性剪切对内脏脂肪“米色化”的影响及调控机制研究

Visceral adiposity plays an important role in the development of metabolism and/or cardiovascular diseases. Beige adipose is the major type of thermogenic fat in mouse and human. It derives from myf5-negative white preadipocytes and exerts potential anti-obesity effect. Studies reveal that visceral adipose is more difficult to induce beige remodeling than subcutaneous adipose, but the mechanisms remain unknown. PR-domain protein 16 (PRDM16) has been reported to be the key gene controlling brown/beige adipose formation. It has two major kinds of alternative splicing isoforms: full length PRDM16 (fPRDM16) and short PRDM16 (sPRDM16), and the role of the two isoforms in beige remodeling is not clear. We and other researchers find that Sirt1 inhibits the conversion of visceral white preadipocytes to beige adipose, accompanying with down-regulation of fPRDM16 and up-regulation of Skip and Ski. Therefore, our present study is mainly designed to explore the effects of PR domain in PRDM16-induced beige adipose formation, and to examine whether alternative splicing mediated by Sirt1/Ski/Skip is involved in this process. Such methods as gene transfection, transplantation using nude mice, GST Pull-down, PET-CT are selected. We expect that our study might help to disclose a new regulatory mechanism for visceral beige remodeling, and might bring benefit to the development of small molecular drugs targeting PR domain.

内脏脂肪沉积所致肥胖与代谢/心血管疾病关系密切。米色脂肪是主要的产热脂肪，可由白色脂肪前体诱导产生，具有显著的抗肥胖效应； 然与皮下脂肪比，内脏脂肪不易出现“米色化”，其机制未明。PRDM16是调控米色脂肪形成的分子开关，包括全长fPRDM16与sPRDM16 （PR结构域缺失）两种剪切异构体。我们及其他学者发现Sirt1可促进皮下脂肪“米色化”，却不能诱导内脏脂肪“米色化”；我们进一步研究发现Sirt1对皮下与内脏脂肪中fPRDM16及Skip的表达调控存在差异。基于此，本项目拟通过细胞与裸鼠移植实验探讨PR结构域对PRDM16诱导“米色化”的影响及机制是否涉及组蛋白H3K9甲基化，并明确Sirt1/Skip/Ski可否调控内脏脂肪PRDM16选择性剪切而抑制其“米色化”。这有利于揭示内脏脂肪“米色化”的调控机制及基于结构域的小分子药物研发，为内脏型肥胖及相关性疾病防治提供新思路。

内脏脂肪沉积所致肥胖与代谢/心血管疾病关系密切。米色脂肪是主要的产热脂肪， 可由白色脂肪前体诱导产生，具有显著的抗肥胖效应；然与皮下脂肪比，内脏脂肪不易出现“米色化”，其机制未明。本项目基于前期研究结果，利用多种动物模型（冷暴露及肾上腺素能受体激动药促米色化模型、高脂诱导米色化受损的肥胖模型）及皮下与内脏脂肪干细胞培养，通过基因干扰或者共表达等方式，揭示了Skip基因对PRDM16、UCP1调控，并进一步研究了其潜在的下游分子RSK2与上游分子WT1在皮下/内脏脂肪米色化中的作用。我们发现，在小鼠皮下白色脂肪细胞，Skip介导了Sirt1激动剂BTM-0512调节UCP1、促皮下白色脂肪“米色化”作用；Skip/RSK2不仅可促进米色脂肪形成，还可调节米色脂肪脂质代谢，且RSK2还参与了冷暴露诱导皮下白色脂肪“米色化”的过程。在人内脏脂肪组织，相关分析显示，SkipmRNA与血糖呈负相关，与全长PRDM16(fPRDM16)及UCP1呈正相关。由于在内脏脂肪干细胞，Sirt1过表达不仅可上调Skip表达，还可以上调内脏脂肪标记分子WT1的表达，且WT1 siRNA干扰可降低Skip水平，因此我们进一步揭示了WT1在内脏脂肪米色化中的作用。我们发现在高脂饮食所致的肥胖小鼠模型、急性及慢性冷暴露以及β3肾上腺素能受体激动药诱导米色脂肪形成的小鼠模型，WT1基因的表达与UCP1呈正相关且受β3肾上腺素能信号调控。由于WT1本底表达在内脏白色脂肪前体细胞中较高，在皮下白色脂肪前体细胞中几乎检测不到，因此通过内脏脂肪前体WT1siRNA干扰及皮下脂肪前体WT1过表达等手段，揭示了WT1可促进内脏白色脂肪“米色化”；后续拟深入探讨WT1/Skip在肥胖相关疾病中的作用。. 该项目实施的主要成果是发现了3个彼此关联但又相对独立的诱导皮下/内脏白色脂肪“米色化”的分子：Skip、RSK2、WT1，其中Skip/RSK2可能与冷暴露所致皮下白色脂肪“米色化”有关，而WT1/Skip可能参与多种因素对内脏米色脂肪活性的调控。本研究一方面有利于深入揭示皮下及内脏米色脂肪形成的调控机制，另一方面，为寻找能够诱导皮下/内脏白色脂肪库中米色脂肪形成的药物提供了分子靶点。