SIRT1调控Wnt信号通路影响间充质干细胞成脂定向的机制

Stem cell commitment to certain lineage is governed by multiple regulatory networks, which involve activation/inhibition of multiple functional genes. Wnt signaling is a molecular switch that governs adipogenesis, however, the underlying mecanism of how Wnt singaling is regulated remains to be investigated.Based on previous research, the present study proposes that SIRT1 regulates Wnt signaling through its antagonists and influences mesenchymal stem cells(MSCs) commitment to adipocyte lineage. By means of cell culture,RNAi, overexpression, luciferase reporting system, qPCR, western blot and ChIP assay, mouse C3H10T1/2 MSCs cell line is employed to determine:①Whether SIRT1 regulates MSCs commitment to adipocyte lineage,②Whether SIRT1 regulation of adipogenic commitment through Wnt signaling,③Whether SIRT1 regulation of adipogenic commitment through regulating Wnt signaling antagonists,and ④Elucidating the molecular mechanism underlying adipogenic commitment of MSCs by SIRT1 through regulation of Wnt signaling antagonists. By investigating the regulatory network of MSCs commitment to adipocyte lineage, understand mechanism of SIRT1 induced MSCs commiment to adipocyte lineage. The present study is of significant importance to elucidating MSCs commiment to adipocyte lineage, fat deposition and intramuscular fat formation of farm animals and further to obesity related diseases.

干细胞的定向分化由复杂的调控网络控制，涉及多个功能基因开启与关闭。Wnt是控制干细胞成脂的关键信号，但在此过程中Wnt信号受调控的机制尚不清楚。本研究在前期研究基础上提出的假设是：在间充质干细胞的命运决定中，SIRT1可能通过调控Wnt通路拮抗物来影响Wnt信号，并决定间充质干细胞的成脂定向。拟以鼠C3H10T1/2细胞为材料，采用细胞培养结合RNAi与过表达、荧光素酶报告系统、qPCR、western-blot和ChiP等技术，研究SIRT1①是否调控间充质干细胞成脂定型和分化；②是否通过影响Wnt信号通路来调控；③在调控中是否通过Wnt通路拮抗物来作用；以及④阐明调控Wnt通路拮抗物的分子机制。本项目通过构建SIRT1调控间充质干细胞定向为脂肪细胞的信号传导网络，并阐明间充质干细胞成脂定向的分子机制，对揭示动物胴体脂肪沉积、肌内脂肪形成和人类肥胖相关疾病的产生机理，具有重要意义。

SIRT1在前脂肪细胞分化中，不仅可以去乙酰化组蛋白，调控转录因子的转录活性；而且可以去乙酰化脂肪生成关键转录因子。此外，在MSCs细胞命运决定中，SIRT1可以促进MSCs的成骨分化，而抑制MSCs的成脂分化。但SIRT1调控MSCs成脂定向的分子机制尚不明确。本研究提出在MSCs的命运决定中，SIRT1可能通过调控Wnt信号拮抗物来影响Wnt信号，从而调控MSCs的成脂定向的研究假设。开展了两部分研究，第一部分为体外细胞实验，研究SIRT1通过Wnt信号通路的对MSCs细胞成脂定向的影响，并阐明SIRT1通过调控Wnt信号通路，影响MSCs分化形成脂肪细胞的分子机制。第二部分为体内活体试验，以SIRT1敲除的小鼠为研究对象，通过动物活体验证SIRT1与脂肪形成的关系；同时以分离的小鼠的胚胎成纤维细胞（mouse embryonic fibroblasts，MEFs）为材料，进一步探讨了SIRT1调控MSCs成脂定向的分子机制。我们结果显示，SIRT1对间充质干细胞命运选择具有决定性作用，激活SIRT1抑制了MSCs细胞的成脂定向，而抑制SIRT1则促进了MSCs细胞的成脂定向。其机制是一方面SIRT1通过去乙酰化Wnt信号的拮抗物启动子区域的组蛋白，抑制Wnt信号的拮抗物的表达，解除了对Wnt信号通路的拮抗，从而激活Wnt信号通路，抑制脂肪的生成；另一方面SIRT1通过去乙酰化Wnt信号的关键蛋白β-catenin，促进β-catenin在核内的积累，促进Wnt信号通路靶基因活性，抑制脂肪的生成。通过本研究进一步完善脂肪生成的调控网络，阐明SIRT1与相关调节信号的相互关系，对揭示动物体脂的形成机制，以及在机体发育和代谢平衡调控中提供理论依据。