胰岛素调控肝脏中分子生物钟信号发生的机制研究

Composed of several key transcription factors, including BMAL1, CLOCK, PER and CRY, molecular circadian clock regulates the oscillatory expression of many critical genes involved in hepatic glucoase/lipid metabolism. However, the mechanism of feeding behavior regulating peripheral circadian clock remains elusive. In our previous study, we found that insulin modulates the expression and protein modification of BMAL1 in mouse liver. Thus, we hypothersize that insulin would regulate hepatic clock via BMAL1. We will use BMAl1 and AKT2 knockout mice to explore the role of insulin in regulating circadian clock in the liver. Our proposed research will shed new lights on understanding the underlying mechanism of food entrainment altering peripheral clock.

由BMAL1、CLOCK、PER和CRY等转录因子组成的分子生物钟在机体能量代谢调控中起着至关重要的作用。但是在外周组织中，分子生物钟的信号发生，特别是受进食行为的调控机制仍不清楚。我们的前期工作发现胰岛素（insulin）可以调节肝脏中BMAL1的基因表达和蛋白修饰。因此，我们有理由猜测胰岛素可以通过调控BMAL1来影响肝脏生物钟振荡信号的产生。在本项目中，我们将利用BMAL1和AKT2等基因敲除小鼠，结合分子细胞生物学，通过体内、体外实验，探讨胰岛素调控BMAL1的分子机制，以及其在牵引饮食改变肝脏生物钟振荡信号中的作用，为理解外周生物钟信号的发生机制提供新的理论基础。

生物钟在机体能量代谢调控中起着至关重要的作用，而另一方面，与代谢紧密相关的行为活动、环境因素、以及信号通路也会反作用于生物钟。譬如，限制和牵引进食行为（food restriction and entrainment）以及高脂饮食（high fat diet）都会显著改变外周组织中分子生物钟产生的振荡信号的频率或者振幅，但其调控机制仍然不十分清楚。我们的工作发现禁食饥饿（fasting）可以通过glucagon-CREB/CRTC2信号通路上调生物钟关键转录因子BMAL1在肝脏中的表达，而注射胰岛素（insulin）则抑制这种诱导效果。通过利用BMAL1和AKT2的基因敲除小鼠，并结合表达BMAL1-WT或者S42A突变蛋白的腺病毒，我们的进一步研究发现胰岛素可以通过激活AKT2来磷酸化BMAL1蛋白上的Ser42位点，从而影响其在细胞内的定位及转录活性，最终调节分子生物钟下游基因表达的昼夜节律。这些工作不仅揭示了胰岛素调控BMAL1转录活性的分子机制，并且阐明了这一调控机理在进食行为改变肝脏生物钟振荡信号中的重要作用，为理解生物钟信号的发生机制提供新的理论基础。