组蛋白甲基化酶G9a调控胰岛素受体及血糖水平的机制研究

Insulin receptor (IR) plays a critical role in the regulation of glucose homeostasis, its level is closely associated with the pathogenesis of diabetes and its complications. However, the exact molecular mechanisms underlying the IR regulation remain unclear. In pilot studies, the applicant found for the first time, that an important histone methyltranferase, G9a, which is essential in epigenetic modifications, significantly regulates the level of IR and the down-stream signal transduction pathway of IR. More importantly, G9a also regulates the level of blood glucose in vivo. All of these results implicate a new regulation mechanism in IR expression and blood glucose level. By using microarray technology, we further identified two G9a positively regulated genes, HMGA1 and beta-arrestin-2. In the present application, we propose to conduct research both in cell and in animal models. In cell models, we seek to investigate whether the methyltranferase activity of G9a is required for its regulation on IR and the downstream signal pathways of IR. The roles of HMGA1 and beta-arrestin-2 in these regulations will also be studied. By constructing G9a liver-specific over-expression or knockdown mice, we will further explore how G9a affects the levels of IR and its pathway, levels of HMGA1, beta-arrestin-2 and blood glucose. The research outcome of this proposal may reveal the mechanism of G9a action in regulating IR and its pathways, therefore may provide new insights into the prevention and treatment of diabetes.

胰岛素受体（IR）在维持血糖平衡中举足轻重，其表达水平与糖尿病发生发展关系密切，但其表达调控机制仍不明确。申请人前期发现调控表观遗传修饰的重要组蛋白甲基化酶G9a能显著调控肝细胞IR水平及胰岛素信号通路，并在整体动物水平上直接影响血糖，提示了一个全新的IR表达调控机制。申请人还利用基因芯片技术发现G9a正向调节HMGA1和beta-arrestin-2基因。据此，本申请计划在细胞水平探索G9a对IR及胰岛素信号通路的调控是否依赖甲基化酶活性，验证HMGA1和beta-arrestin-2在该调控中所起作用；通过肝脏过表达或敲除G9a，在动物水平探索G9a对正常和2型糖尿病小鼠IR、胰岛素信号通路、HMGA1、beta-arrestin-2水平和血糖水平的影响。本项目有望揭示G9a调控IR水平及胰岛素信号通路并最终调控机体血糖水平的分子机制，为糖尿病预防和治疗提供新理论支持和药物干预新靶点。

本项目自启动以来，进展顺利，取得多项原创性发现，资助成果已发表论文8篇，其中2篇发表在影响因子>10的刊物(Nature Communications、Hepatology) 上；并有一篇已投稿于影响因子>10的刊物，正在修订过程中。项目整体开展以下两大方面的工作：一、主要研究组蛋白甲基化酶G9a的肝脏组织特异性敲除小鼠在正常食物喂养下对各项生理指标的影响，以及G9a如何参与调控肝脏脂质积累、内质网应激反应、及肝脏中胰岛素受体和胰岛素通路等相关机制。在细胞和转基因动物水平，我们发现敲低G9a导致肝脏中胰岛素通路，包括胰岛素受体、p-AKT和p-GSK3β水平下调，而上调G9a水平可以通过调控胰岛素通路的敏感性而抑制由棕榈酸或葡萄糖胺诱导的胰岛素抵抗。机制上的研究发现G9a能够通过调控HMGA1，一种调控胰岛素受体表达的重要转录因子的表达水平，从而在肝脏胰岛素通路调控中发挥重要作用。该部分研究为深入研究为脂肪肝和胰岛素抵抗等代谢发病机制以及治疗靶点的筛选提供了新视角。二、创新发现G9a对急性肝损伤具有保护作用。由脓毒症或其他病理因素所致的急性肝损伤，具有高发、预后效果差、死亡率高等特点，目前尚缺乏有效治疗手段。本研究发现G9a在LPS诱导和APAP诱导的急性肝损伤中起重要作用，并在其具体分子机制和药物治疗的相关研究方面有了较大进展。我们发现肝脏组织特异性敲除G9a，或者给予野生型小鼠G9a酶活性的抑制剂BIX，会加重LPS诱导和APAP诱导的肝脏损伤，并发现 G9a主要是通过正向调控Ⅱ相解毒酶GSTP1启动子上的H3K9me1水平而起到的肝脏保护作用。给予重组的GSTP1可以显著抑制LPS诱导以及APAP等临床药物诱导肝脏组织特异性敲除G9a小鼠的肝脏损伤。该部分研究为深入研究由细菌内毒素诱导以及药物毒性诱导的肝脏疾病的发病机制以及治疗靶点的筛选提供了新视角。总之，本项目较好地完成了原定任务，取得了良好研究成果，有多篇论文在有影响力的国际刊物发表。成果不但对代谢疾病如脂肪肝和胰岛素抵抗等的发生和防治提供了一定参考，而且为深入研究由细菌内毒素或APAP等临床药物诱导的肝脏和相关疾病的发病机制以及治疗靶点的筛选提供了新视角。