lncRNA编码的小肽在胆固醇代谢调控中的功能和作用机制

Long non-coding RNAs (lncRNAs) are a group of RNAs, which are longer than 200 nucleotides, do not encoding any peptide and can regulate many critical biological processes at multiple levels including epigenetic regulation, transcriptional regulation and post-transcriptional regulation. Recently, it is becoming increasingly recognized that some transcripts annotated as lncRNAs contain short ORFs that encode functional micropeptides. Our laboratory focuses on cholesterol metabolism. We analyzed the differentially expressed proteins of the liver tissue between High Cholesterol Diet (HCD) fed mice and Lovastatin & Ezetimibe Diet (LED) fed mice using mass spectrometry. Then, in a bioinformatics screen for uncharacterized liver genes, we identified a RNA transcript annotated as a lncRNA. This lncRNA encode a highly conserved 47 amino acid micropeptide, which we named MP2521. Our preliminary data suggest that MP2521 may play key roles in cholesterol metabolism and energy homeostasis. In this proposal, we aim to further study the functions and mechanisms of MP2521 in metabolism. Established experimental methods and technologies will be used, including lncRNA overexpression or knock-down cell lines or mice, real-time PCR, immunoblot analysis, histology, blood and liver chemistry analysis and others. This study will deepen our understanding about lncRNA and micropeptides, and pave new avenues to develop novel lipid-lowering drugs.

lncRNA是转录本长度超过200个核苷酸的非编码RNA分子。最近的报道表明部分lncRNA还具有编码小肽的能力，所产生的小肽在生命活动中有重要的调控功能。我们分别喂食小鼠高胆固醇饲料（HCD）和含有洛伐他汀（抑制胆固醇合成）及依折麦布（抑制胆固醇吸收）的饲料（LED），取肝脏蛋白做小肽组份的蛋白质组研究，并通过生物信息学分析和一系列筛选验证，最终鉴定出一条先前定义的lncRNA编码47个氨基酸长度的小肽MP2521。我们已有结果证明该小肽定位在线粒体上，表达受胆固醇水平及饥饿-再喂食调控，推测在胆固醇代谢及能量稳态中发挥重要的调控作用。本项目将利用AAV过表达、RNAi、基因条件敲除小鼠结合脂质代谢分析，深入研究MP2521在细胞和动物水平对代谢调控的功能和机制，研究结果将拓展我们对lncRNA的认识，加深对机体胆固醇调控的理解，并并为寻找新的控制代谢疾病的药物靶标提供可能。

长链非编码RNA（lncRNA）是一类缺少编码蛋白质开放阅读框的RNA。近来研究发现lncRNA通过与染色质、蛋白质和其他RNA的相互作用，广泛涉及各种生理和病理过程。胆固醇是含有环戊烷多氢菲骨架的一种脂质小分子，在体内发挥着重要的生理作用。肝脏是胆固醇重要的代谢器官，我们以小鼠为动物模型，筛选小鼠肝脏中参与胆固醇代谢的lncRNA。我们最终挑选出一条比较有特点的lncRNA重点研究，将该lncRNA命名为P5.3。经过研究发现P5.3编码一段小肽，在心肌、骨骼肌和棕色脂肪等组织表达较高，其表达受到胆固醇水平及饥饿-再喂食的调控，P5.3的表达会影响线粒体复合物III的活性，其编码小肽定位于线粒体并且参与调控生物的能量代谢过程。在细胞水平上，P5.3过表达会显著增加ATP生成和细胞对糖脂的消耗，而RNAi敲降后对应下降。P5.3的敲降后活性氧簇（ROS）生成显著增加，而细胞生长则明显被抑制。在动物水平上，用腺相关病毒感染小鼠使其在肝脏中过表达P5.3，发现在摄食量和运动没有差别的情况下，过表达P5.3的小鼠表现出能量消耗显著增加，抵抗饮食诱导的肥胖，肝脂和血脂水平相对于对照组显著降低，同时能够抑制饮食诱导的胰岛素抵抗。综上所述，通过前期大量的筛选验证实验，成功地得到了一个参与到胆固醇代谢的lncRNA，功能实验表明该lncRNA可能作用于粒体复合物III来影响线粒体的活性，进而影响机体的糖脂代谢水平，该研究进一步完善了我们对机体胆固醇代谢平衡调控的认识，并为寻找新的药物靶点提供了可能。