Insm1基因剂量效应对胰腺beta细胞增殖和成熟功能的调控作用和机制研究

To manipulate proliferation and mature function in pancreatic beta cells of diabetes patients had been a major goal to achieve in diabetes research. Transcription factors play a key role in the regulation of proliferation and mature function. Insm1, encoding a zinc finger protein, is essential for the maintenance of mature function in pancreatic beta cells. In previous data we showed that β-cells of Insm1 specific deleted in adult stage resemble immature β-cells of postnatal one-day mice in gene expression and functional properties. In the current preliminary data, we identified novel phenotypes in Insm1 heterozygotes mice, which differ to that in Insm1 ablation mice. Haploinceficiency of Insm1 results decreased beta cells mass in young mice and impaired beta cell function in aging mice. In this proposal, we will employ the Insm1 heterozygotes and the conditional Insm1 overexpression mouse models to explore the beta cell proliferation and mature function regulated by Insm1 gene dosage effects. We will focus on several potential targets to explore the hypothetical mechanisms, we will also recruit RNAseq and ChIP-seq techniques to explore and dissect the specific sub-groups of genes and the histone modifications regulated by Insm1 expression levels. Using gene editor methods, we will further analyze the function of the targets identified by RNAseq and ChIP-seq analysis. Our study will provide a novel insight into the regulatory network of proliferation and mature function in pancreatic beta cells, and present novel molecular targets for precise regulation of beta cells proliferation and mature function in vivo.

调控胰腺β细胞增殖和成熟功能是糖尿病研究领域面临的一项主要课题。转录因子在这一过程中起重要调控作用。基因敲除小鼠研究显示锌指蛋白Insm1是一个维持β细胞成熟功能的关键转录因子。课题组前期工作首次发现了与基因敲除表型不同的Insm1基因剂量效应：Insm1单倍体不足损伤了衰老β细胞的成熟功能并且延长了年轻小鼠β细胞增殖周期。本项目拟采用Insm1杂合子和Insm1条件性过表达小鼠模型，对这一全新的Insm1基因剂量依赖性β细胞增殖和成熟功能进行研究；采用候选靶基因验证分析方法和基于RNAseq、ChIP-seq的系统性分析手段在转录和表观遗传修饰水平揭示Insm1基因剂量效应调控机制；对系统性分析获得的受Insm1基因剂量效应调控的靶基因／序列进行组织和细胞水平功能分析。研究结果将对β细胞增殖和成熟功能调控提供全新认识，为实现在体精准调控β细胞增殖和成熟功能提供新型靶标。

调控胰腺β细胞增殖和成熟功能是糖尿病研究领域面临的一项主要课题。转录因子在这一过程中起重要调控作用。基因敲除小鼠研究显示锌指蛋白Insm1是一个维持β细胞成熟功能的关键转录因子。本项目采用Insm1杂合子，对这Insm1基因剂量依赖性β细胞增殖和成熟功能进行了研究； 结合前期RNAseq、ChIP-seq等系统性分析数据，采用Insm1杂合子胰岛基因表达谱分析和候选靶基因验证分析方法，分析了Insm1基因剂量效应调控胰岛β细胞数量的分子机制。重要结果包括：1. 出生后至2月龄这段时间是小鼠基础β细胞建立的关键窗口期，这一时期的β细胞数量受Insm1基因表达水平调控，即Insm1基因剂量调控；2. CyclinD1表达受Insm1剂量调控，Insm1通过调控CyclinD1表达水平，进而调控β细胞完成一个增殖周期所需时间；3. 成年期，在正常饮食或代谢压力下，β细胞数量不再受Insm1基因剂量调控，而此时CyclinD1表达水平极低且不受Insm1基因剂量调控。4. Insm1通过剂量效应调控Glut2表达，进而调控β细胞功能。本研究发表在2018年第12期的Diabetes（编辑在同期Highlight对本文进行了推荐），研究结果对理解胰岛β细胞增殖和数量调控提供了新的认识，为前期糖尿病诊断、糖尿病预防和预后判断，以及糖尿病治疗提供了基础知识。本研究还对Insm1功能进行了深入研究。与其他相关课题一起，分析了Insm1通过募集Lsd1进而发挥表观遗传修饰作用的分子机制，研究结果和其他课题结果一起，发表在2021年第5期的Diabetes期刊。