lncIMF1对猪肌内前体脂肪细胞脂质沉积的作用与机制研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:moli2146
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中国既是猪肉生产大国也是猪肉消费大国。随着人们生活水平的提高,猪肉作为日常食用肉类中最多的一种,其品质受到越来越多的关注。肌内脂肪(Intramuscualr Fat,IMF)是影响猪肉品质的关键因素之一,它的含量影响着猪肉的多汁性、风味和嫩度。中国地方品种猪的肉质优于引进品种,原因之一便是其较高的肌内脂肪含量。因此,适当的提高肌内脂肪含量是改善肉质一条有效途径。脂肪的沉积包含脂肪细胞的增殖、分化和凋亡等过程,该过程受到多种转录因子、脂肪分泌因子和非编码RNA的级联调控。非编码RNA包括转运RNA(t RNA)、小RNA(micro RNA)、环状RNA(circular RNA)和长链非编码RNA(long noncoding RNA,lnc RNA)等。其中,lnc RNA已被证明可通过吸附micro RNA、调节染色质构象等多种机制调控脂肪细胞代谢。因此,研究lnc RNA对肌内前体脂肪细胞增殖分化的作用及其机制对猪肉的肉质改良有着重要的意义。脂肪型猪八眉猪与瘦肉型猪大白猪相比肉质优良,肌内脂肪含量较高,而肌内脂肪含量受肌内前体脂肪细胞的细胞数和聚脂能力影响,lnc RNA是脂肪细胞内重要代谢调控因子。因此,我们推测八眉猪与大白猪的肌内前体脂肪细胞在分化过程中转录的lnc RNAs可能存在差异。为了探究lnc RNAs在猪肌内脂肪沉积过程中的作用,本试验分离培养了八眉猪和大白猪肌内前体脂肪细胞,收集分化0、2、4和8 d的细胞样进行测序分析,探究两个品种间转录组的差异。此外,本试验筛选出在两品种间表达量差异显著且表达丰度最高的lnc IMF1作为后续试验对象,利用流式细胞术、Edu染色、双荧光素酶报告分析、油红O染色、Bodipy染色、Real-Time q PCR和Western blot等细胞分子生物学技术,检测了lnc IMF1在猪各组织及肌内前体脂肪细胞增殖分化过程中的表达情况,以及lnc IMF1对肌内前体脂肪细胞的增殖、分化和凋亡的影响,并明确了其在猪肌内前体脂肪细胞分化过程中的作用机制。获得主要结果如下:1.八眉猪与大白猪肌内脂肪含量分别为4.75%和2.27%,且八眉猪的肌内前体脂肪细胞的聚脂分化能力显著高于大白猪的肌内前体脂肪细胞。2.在八眉猪和大白猪肌内前体脂肪细胞分化过程中新发现760个未经注释的lnc RNAs。其中,与大白猪相比,八眉猪的肌内前体脂肪细胞在分化0、2、4和8 d显著上调的lnc RNAs分别有48、29、23和117个;显著下调的lnc RNAs有15、10、26和56个。这些差异表达的lnc RNAs主要富集于PI3K-AKT及MAPK等信号通路。3.从差异表达lnc RNAs中筛选出在八眉猪肌内脂肪细胞表达量最高的lnc IMF1作为研究对象。lnc IMF1在脂肪组织中表达量最高,同时在猪肌内脂肪细胞增殖及分化过程中表达均呈上升趋势。lnc IMF1约70%表达于细胞质内,30%在细胞核。通路富集分析显示lnc IMF1与细胞的增殖、分化和凋亡等细胞生物过程相关。4.在猪肌内前体脂肪细胞增殖过程中,干扰lnc IMF1抑制细胞DNA复制并将细胞阻滞在有丝分裂G1期;细胞周期蛋白基因Cyclin B、Cyclin D和Cyclin E的表达显著降低(P<0.05),而抑增殖基因p21的表达显著升高(P<0.01)。在脂肪细胞分化过程中,干扰lnc IMF1能够显著减少细胞内的脂质积累(P<0.01),抑制成脂关键基因PPARγ、FABP4、C/EBPα及C/EBPβ的表达(P<0.05),同时促进脂解基因ATGL的表达(P<0.05)。5.过表达lnc IMF1可显著增加肌内前体脂肪细胞数目(P<0.01),促进Cyclin B、Cyclin D、Cyclin E和PCNA的表达,降低抑增殖基因p21的表达。同时,过表达lnc IMF1促进脂肪细胞的分化和脂质积累(P<0.01),提高细胞分化标志因子FABP4和C/EBPα的表达量(P<0.05)。此外,过表达lnc IMF1显著降低细胞的凋亡率(P<0.01),以及促凋亡基因Bax和Caspase3的表达(P<0.01),而抗凋亡基因Bcl-2的表达量升高。6.lnc IMF1可通过吸附mi R-187从而调控mi R-187下游靶基因SMAD1的表达,进而影响肌内前体脂肪细胞的聚脂分化。mi R-187负调控肌内前体脂肪细胞的脂质沉积,过表达mi R-187显著降低成脂标志基因FABP4的表达,促进脂解基因ATGL的表达(P<0.01)。lnc IMF1与mi R-187的共转染减弱lnc IMF1对成脂分化的促进作用,而过表达mi R-187的下游靶基因SMAD1时,mi R-187对肌内前体脂肪细胞分化的抑制作用被削弱。综上所述,转录组分析发现了760个新鉴定的lnc RNAs,且八眉猪和大白猪的肌内前体脂肪细胞在不同时间点的转录水平上均有显著差异。其中lnc IMF1是差异表达lnc RNA中表达丰度最高的,且在猪肌内前体脂肪细胞增殖和分化过程中表达量均呈上升趋势。lnc IMF1通过促进肌内前体脂肪细胞的增殖和分化,抑制凋亡从而促进肌内脂肪沉积。分子机制上,lnc IMF1可吸附mi R-187,削弱其对靶基因SMAD1的抑制作用,进而影响肌内前体脂肪细胞分化。本研究有助于了解lnc RNA对脂肪型猪和瘦肉型猪IMF沉积差异的调控机制,为优良肉质品种的选育提供基础材料,并对探究脂肪型和瘦肉型猪肉质性状差异的分子调控网络具有重要意义。
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