锌指蛋白ZBTB20调节β细胞果糖1,6-二磷酸酶FBP1基因转录的机制研究

Fructose 1, 6 - bisphosphatase 1 (FBP1) is a rate-limiting enzyme of gluconeogenesis, playing a notable role in the hepatic glucose synthesis and β-cell insulin secretion. However, the mechanism of its transcriptional regulation is not clear. Zinc finger protein ZBTB20 is found to be a new transcription factor in our previous studies. Using the β cell specific ZBTB20 gene knock out (β-ZB20KO) mice, we have demonstrated that FBP1 function as one of the target genes of ZBTB20, mediating the regulation of insulin secretion in β cells by ZBTB20. In this project,we try to further explore the molecular mechanisms responsible for the transcriptional regulation of FBP1 by ZBTB20. We will conduct the analysis of the potential participation of histone modification by chromatin immunoprecipitation, screening of ZBTB20 co-factor by immunoprecipitation and mass spectrum, and identification of DNA binding sequence by EMSA and reporter gene technology. Our study will help to reveal the essential regulation motif of ZBTB20, extend the new insights into the modulation of FBP1 transcrition, eventually establishing the knowledge system for the further study of ZBTB20 biology.

果糖-1，6-二磷酸酶1（FBP1）是葡萄糖异生过程中的限速酶之一，调控肝细胞葡萄糖合成及β细胞胰岛素分泌，但其自身的转录调控机制尚不清楚。锌指蛋白ZBTB20是本实验室自主发现的一个新型转录因子，申请人在前期工作中利用条件基因打靶技术构建了β细胞特异性ZBTB20基因敲除（β-ZB20KO）的小鼠模型，发现FBP1是ZBTB20调节的靶基因，介导了ZBTB20对β细胞胰岛素分泌的调控。本项目拟采用染色质免疫共沉淀分析组蛋白修饰在ZBTB20转录调控中的作用，免疫共沉淀产物质谱分析筛选ZBTB20的共作用分子，以及EMSA和报告基因技术鉴定ZBTB20识别靶基因的DNA序列，以深入探讨ZBTB20对FBP1基因转录调控的机制。该项目将有助于揭示ZBTB20转录调控的基本模式，扩展对FBP1基因转录调控的认识，为进一步探索ZBTB20的生物学功能奠定基础。

本课题明确了ZBTB20是通过影响FBP1基因启动子区组蛋白H3乙酰化修饰，影响RNA聚合酶Ⅱ与FBP1启动子区结合的方式，调节FBP1基因的表达，并且发现PRMT5介导了ZBTB20的转录调节作用；参与分析了ZBTB20与AFP基因结合的结合序列；参与研究ZBTB20对小鼠肝细胞脂质从头合成的调节作用及其分子机制；参与构建了一种利用knock in技术，由小鼠全长Ins2基因驱动的IRES-Cre小鼠模型。这些研究结果进一步丰富了锌指蛋白ZBTB20的生物学作用及其作用机制，为今后临床一些代谢性疾病如糖尿病，非酒精性脂肪肝的临床治疗提供了新思路；而新型Ins2-Cre转基因小鼠的建立，为今后更多小鼠β细胞特异性基因敲除小鼠的建立与β细胞功能研究奠定了坚实的基础。