PPARG基因对奶山羊乳腺脂肪酸代谢的调控作用研究

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羊奶富含短、中链脂肪酸以及不饱和脂肪酸,能有效预防人类的某些代谢疾病,因而具有良好的保健功能。羊奶的独特有益脂肪酸的含量与其乳腺乳脂代谢密切相关,因此研究山羊乳腺组织的脂肪酸代谢机理,有助于提高乳品质。过氧化物酶体增殖物激活受体(Peroxisome Proliferator-activated Receptor gamma,PPARG)是目前发现在脂肪组织中调控脂肪酸代谢的核心转录因子,它调控脂肪酸代谢基因网络,影响脂滴的形成,是脂肪细胞脂肪酸沉积的决定因子。但目前对奶山羊泌乳过程中PPARG对乳腺脂肪酸代谢的调控研究却鲜有报道。本研究以萨能奶山羊不同生理时期乳腺组织为材料,进行转录组测序,探讨山羊乳腺组织的mRNA的表达情况。克隆PPARG的不同亚型,验证他们在乳腺组织中的表达情况。通过特异性激动剂激活,腺病毒介导的RNAi干扰,以及腺病毒介导的过表达技术研究PPARG基因在山羊乳腺上皮细胞中的功能。结果表明,PPARG能够广泛地调控乳腺上皮细胞中脂肪酸代谢基因网络,改变细胞内脂肪酸的组成,是脂肪酸调控的重要因子。PPARG可能在山羊泌乳过程中发挥着重要的作用。本研究的主要结果如下:1.针对奶山羊乳腺组织进行转录组测序,得到约25Gb的有效且高质量的数据。最终得到了51,361个Unigenes,其中60.07%的序列与NR的蛋白序列同源,另外分别有55.65%、56.99%、53.11%和32.8%的Unigene能够注释到SWISS-PROT、KEGG、KOG和Pfam数据库中的基因上。与NR数据库比较发现,山羊乳腺转录组中31.2%的Unigenes与绵羊的相同,15.7%的Unigenes与牛的相同,其次是牦牛和人,分别为11.3%和2.9%。乳腺转录组中的这些Unigenes涉及到包括:脂肪酸代谢,酪蛋白代谢等与泌乳性状在内的多个代谢途径。与脂肪酸运输与代谢相关的Unigenes中发现,FABP3,FASN,SCD等基因表达量最高,而转录因子PPARG,NR1H3以及SREBP1表达量较低。2.克隆得到了西农萨能羊PPARG1基因的cDNA全长序列,共1906bp,包括:5’UTR114bp,CDS1428bp和3’UTR215bp;同时克隆得到PPARG2全部的CDS区域为1528bp。山羊PPARG基因在物种间保守性较强,与其他哺乳动物的PPARG基因相似率均在90%以上。组织表达谱分析表明,PPARG1在多个组织中广泛表达,PPARG2的表达具有组织特异性。PPARG两个亚型均在脂肪组织中高表达,但PPARG1是PPARG在乳腺组织中的主要表达形式。3.荧光素酶试验表明,50μmol/L罗格列酮能够显著激活PPARG。罗格列酮激活乳腺上皮细胞内PPARG活性后,显著上调脂肪酸代谢相关基因ACACA, FASN, SCD,FABP3,LPL,ADRP,PNPLA2,SREBF1和NR1H3的mRNA表达水平。但罗格列酮处理乳腺上皮细胞24小时并不能显著改变长链脂肪酸C16:0,C16:1,C18:0以及C18:1的比例和以及单不饱和的去饱和系数。于此同时,罗格列酮能抑制乳腺上皮细胞的生长。4.筛选2条有效shRNA(sh614和sh1006)的序列,通过腺病毒在骨架载体构建和病毒包装,将其分别感染乳腺上皮细胞后,发现Ad-sh1006干扰PPARG的效率更高。PPARG基因被干扰表达后,SCD,DGAT1,AGPAT6,SREBF1,ACACA,FASN,FABP3,SCAP,ATGL和PLIN3等脂肪酸代谢关键基因的下调量分别为:65%,52%,67%,55%,65%,58%,85%,43%,50%和24%。5.通过构建腺病毒超表达PPARG1载体,包装了具有高感染效率的PPARG1过表达腺病毒(Ad-PPARG1)。病毒感染乳腺上皮细胞研究结果表明,在激动剂罗格列酮处理下,与对照组相比,过表达PPARG1能够显著性上调ACACA, CD36, DGAT1, INSIG1,FASN,LPL, NR1H3, PLIN2, PLIN3, PNPLA2, SCAP, SCD, SREBF1(P<0.05)等多个脂肪酸代谢相关基因的表达。根据不同处理组基因的变化构建了PPARG1在山羊乳腺组织中脂肪酸代谢调控网络。与此同时,过表达PPARG1能够增加不饱和长链脂肪酸C16:1和C18:1的含量(P<0.05),降低长链饱和脂肪酸C16:0和C18:0的含量,同时上调C16:1和C18:1的去饱和系数(P<0.05),罗格列酮增强这种效应。6.成功包装腺病毒过表达载体Ad-PPARG2。在激动剂存在的情况下,与对照组相比,在山羊乳腺上皮细胞中过表达PPARG2能够显著性上调CD36,DGAT1,INSIG1,FASN,NR1H3,PLIN2,PLIN3,PNPLA2,SCAP,SCD(P<0.05)等多个脂肪酸代谢相关基因的表达,但对SREBF1和ACACA没有显著性影响;单独过表达PPARG2下调SREBF1和ACACA的表达,同时对PLIN3,PNPLA2,SCAP和NR1H3等基因的表达没有显著影响。过表达PPARG能够增加不饱和长链脂肪酸C16:1和C18:1的含量(P<0.05),降低长链饱和脂肪酸C16:0和C18:0的含量(P<0.05),同时上调C16:1和C18:1的去饱和系数(P<0.05),罗格列酮能够增强PPARG2过表达之后的活性,增强PPARG2上调单不饱和脂肪酸的含量的效应。本研究表明,PPARG能够较为广泛地调控乳腺上皮细胞中脂肪酸代谢相关基因,通过对不饱和脂肪酸的调节是通过上调SCD的活性实现的。PPARG不同亚型调控脂肪代谢的信号通路不完全一致,尤其是在脂肪酸的生物合成方面,PPARG1的信号通路在乳腺组织中比PPARG2更强,PPARG1对下游基因的调控,部分通路是通过对SREBP1和NR1H3的调控实现的。PPARG2的信号通路和脂肪组织中的通路较为一致。
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