脂肪组织条件性Ubc9敲除对小鼠脂肪细胞及机体能量代谢影响的研究

Ubc9 (ubiquitin-conjugating enzyme 9) is the only E2 ligase in the small ubiquitin-related modification.The pioneering study found the adipocytes,muscle cells and liver cells were smaller in the adipocyte specific Ubc9 knockout embryo compared to the wild type embryo. The Ubc9 deficiency can protect mice from high-fat diet induced obesity and glucose intolerance.Based on those observations we hypothesize that inhibition of Ubc9 modification of substrate will decrease glucose transport and lipid synthesis,promote lipolysis.We generated a novel mouse model which have adipose-conditional deficiency of Ubc9(Ubc9fl/fl/Adipoq-CreER),combined with mouse obesity model, to screen new targets that regulate energy metabolism.Study the mechanism of new taget regulating the energy metabolism through PPARα/γ/HSL/ATGL、SREBPs/FAS/ACC and PI3K/Akt signal pathway.This study provided new evidence for understanding the relationship between Ubc9 dysfunction and obesity development.

Ubc9(ubiquitin-conjugating enzyme 9)是类泛素蛋白化修饰过程中唯一的E2结合酶。前期研究发现在脂肪组织特异性Ubc9敲除小鼠胚胎，其脂肪、肌肉、肝脏细胞体积较同窝对照胚胎减小，而Ubc9缺失可保护小鼠抵抗高脂饮食诱导的肥胖和糖耐量异常。据此我们假设抑制Ubc9对靶蛋白的修饰，可以降低脂肪、肌肉、肝脏的葡萄糖摄取和脂肪合成，促进脂肪分解，抵抗肥胖的发生和发展。我们拟运用脂肪组织条件性Ubc9敲除小鼠(Ubc9fl/fl/Adipoq-CreER)，结合小鼠肥胖模型，研究Ubc9缺失对脂肪组织和机体能量代谢的作用，并通过蛋白组学方法筛选出新的调节机体能量代谢的Ubc9靶分子，研究靶分子通过PPARα/γ/HSL/ATGL、SREBPs/FAS/ACC以及PI3K/Akt信号通路调节机体糖脂代谢，为全面理解Ubc9与肥胖发生之间的关系提供新的理论依据。

类泛素修饰分子（SUMO）能共价可逆地连接到目标蛋白上的赖氨酸（Lys）残基上，是一种进化上保守的蛋白质翻译后修饰方式。Ubc9是SUMO化修饰过程中唯一的E2连接酶。近期研究发现，Ubc9介导的SUMO化修饰可以调节多种生物过程，包括蛋白质相互作用、亚细胞定位、蛋白质稳定性等，但其对脂肪细胞功能的影响以及在肥胖和胰岛素抵抗中的作用尚不清楚。本课题组研究发现肥胖小鼠的白色脂肪组织中的脂肪细胞内质网应激增强，同时伴随着Ubc9表达的上调、蛋白SUMO化修饰增加。在人体脂肪样本的研究中发现，白色脂肪组织中的Ubc9表达量与人群BMI呈正相关。进一步研究发现，过度营养刺激使脂肪细胞的蛋白SUMO化修饰水平和底物发生变化，导致脂肪细胞能量代谢功能紊乱、肥胖和胰岛素抵抗。为研究SUMO化修饰对脂肪细胞代谢的调控并解析相关的调控机制，本课题组通过建立脂肪细胞特异性Ubc9敲除小鼠，探究Ubc9缺失对小鼠高脂饮食诱导的肥胖和代谢紊乱的影响，并通过液相色谱-质谱联用技术探究SUMO化修饰的分子靶点，解析SUMO化修饰在机体代谢中的调控机制。研究结果发现，相较野生型小鼠，Ubc9敲除小鼠通过增强脂质分解和能量消耗，更能抵抗肥胖、胰岛素抵抗和肝脂肪变性的发展；肥胖诱导的内质网应激和脂肪细胞的炎症水平在敲除鼠白色脂肪组织中显著降低。机制研究发现，Ubc9介导ERp44中硫氧还原蛋白（TRX）样结构域内第76号位赖氨酸（K76）的SUMO化修饰，并且抑制其泛素化降解。ERp44的去SUMO化修饰导致其降解，并抑制其与内质网氧化还原酶（Ero1α）的共价结合，从而促进Ero1α的内质网分泌，降低内质网应激。细胞水平研究证实，在脂肪细胞中敲除Ubc9，去除ERp44的SUMO化修饰减少Ero1α的内质网定位，同时改善内质网对慢性代谢应激的适应性反应，减轻内质网应激并增强脂质分解和抑制脂质生成，缓解肥胖和胰岛素抵抗。本研究提示抑制脂肪细胞中ERp44的SUMO化修饰可作为临床治疗肥胖和胰岛素抵抗的新靶点。