mTOR信号通路在牛乳腺上皮细胞乳脂合成中的作用与机制

Milk lipogenesis is stimulated by outside or intracellular signals and regulated by signaling pathway in the mammary epithelial cells. mTOR signaling pathway is a central coordinator of cell growth and metabolism. Now the facts were known that SREBP and PPARγ are important transcription factors for milk lipogenesis genes expression and their activity is regulated by mTOR, but the mechanism is not well known. Our previous work has shown that the growth of bovine mammary epithelial cells was regulated by mTORC1 and thus assumes that mTORC1 plays a key role in regulation of milk lipogenesis. The regulation model was put forward. This project aims to explore whether the mTOR signaling pathway regulates milk lipogenesis as well as the mechanism. Modern molecular and cell biology techniques will be used to explore the key role of mTOR signaling pathway in milk lipogenesis and functional genomics techniques will be used to research the mechanisms of mTORC1 acts as regulator of SREBP and PPARγ, two important transcription factors of lipogenesis related genes, both in the mRNA and proteins. We attempt to discover the intermediary molecules between mTOR signaling pathway and SREBP or PPARγ. Eventually, we hope to clarify the connective mechanism between mTOR, SREBP and PPARγ, genes expression and milk lipogenesis. These data will provide a theoretical basis and technological approaches for improving the quality of milk.

乳腺上皮细胞中乳脂合成受细胞内外的信号刺激和信号转导通路的调控。mTOR信号通路是细胞生长与代谢的中心协调器，SREBP和PPAR是细胞内调控脂质合成基因表达的重要转录因子，在乳脂合成中起着关键的作用，二者的活性受到mTOR的调节，但机制并不清楚。我们前期的研究表明mTORC1调控牛乳腺上皮细胞的生长，由此假设也调控乳脂合成过程并提出了调控模型。本项目旨在探究mTOR信号通路在乳脂合成中是否发挥作用以及发挥作用的机制。拟以分子细胞生物学技术研究mTOR通路在乳脂合成中的作用，以功能基因组学技术从mRNA和蛋白两个水平上研究mTORC1对SREBP和PPARγ的调控机制及两个转录因子所调控的乳脂合成相关基因的表达。力图发现mTOR信号通路与SREBP和PPARγ之间的连接分子，最终阐明mTOR、SREBP和PPARγ、基因表达及乳脂合成之间的联系机制，为提高牛奶品质提供理论基础和技术途径。

乳脂肪含量与组成是构成牛奶重要营养品质的主要物质基础之一。乳腺上皮细胞是乳腺分泌乳汁的细胞，细胞内乳脂合成受细胞内外的信号刺激和信号转导通路的调控。mTOR信号通路是细胞生长与代谢的中心协调器，在乳脂合成中起着关键的作用，但机制并不清楚。项目通过分子细胞生物学研究证明了mTORC1和mTORC2对奶牛乳腺上皮细胞中脂肪酸从头合成和甘油三酯合成均具有调控作用，阐明了这种调控作用是通过对乳脂合成相关转录因子PPARγ和SREBP1的活性调节和对产物合成途径关键酶基因的表达调控实现的；研究发现mTORC2对乳脂合成的调控作用强于mTORC1，二者对乳脂合成具有协同调控作用；通过蛋白质组学研究，发现了一些细胞内与乳脂合成调控相关的新的差异表达蛋白和信号通路；通过Co-IP和质谱检测及western blot验证，发现PPARγ与Lipin 1、4EBP1具有相互作用关系，初步建立mTORC1通过4EBP1调控PPARγ活性，Lipin 1对PPARγ的活性具有抑制作用的调控模型，目前这一模型正在验证中。此外，通过项目研究，对细菌侵染影响乳脂合成的机制有了初步的认识，这部分内容为下一步研究奶牛乳腺炎对乳脂合成的影响提供了基础数据。总之，本项目的研究为提高牛奶品质提供了理论基础和技术途径。项目执行期间，以项目为第一标注发表SCI收录论文7篇，国内核心期刊论文5篇。