CIDEC在高脂和禁食条件下的表达调控及蛋白互作研究

Lipid droplets (LDs) are the main places for triglycerides storage. The number and size of LDs are closely related to fat deposit. CIDEC is a newly discovered LDs binding protein. It plays pivotal roles in fat deposition, LDs formation and development. However, the transcriptional regulation and underlying mechanism of CIDEC in fat metabolism are not very clear. Our preliminary work indicated that CIDEC is stimulated in both fat feeding and fasting. It implies CIDEC plays bi-functional roles in fat deposition and mobilization. This study is based on the preliminary work and bama minipig model, utilize the dual luciferase report system, ChIP, chemical cross-linking, mass spectrometry, proximty ligation assay and other methods to analyze the transcriptional regulation of CIDEC and identify the differences of interactional proteins in different energy states. It will provide the experimental evidence to understand how CIDEC senses the different energy states and the signal transduction and functional conversion of CIDEC in different physiological conditions. These work will provide the theoretical basis to investigate the molecular mechanism of fat metabolism and biological technical control of fat deposition.

脂肪滴是细胞存储甘油三酯的主要场所，其数量和大小与脂肪沉积密切相关。CIDEC是一种新发现的脂肪滴结合蛋白，已有的报道表明其对细胞的脂肪积累，脂肪滴的形成、发育具有重要的调控作用。然而，CIDEC自身的转录调控方式及在脂肪代谢中的作用机制仍不清楚。申请者的前期工作显示，CIDEC在高脂和禁食条件下均上调表达，推测其在脂肪沉积和动员中发挥双重作用。本研究拟在这一基础上，以巴马小型猪为动物模型，采用双荧光素酶报告系统、染色质免疫共沉淀、化学交联、质谱分析及蛋白邻位连接等方法，解析CIDEC在高脂和禁食条件下的转录调控方式及互作蛋白的差异，为理解CIDEC感应机体能量状态的分子机制，及在不同生理条件下的信号传导和功能转换提供实验证据，也为动物脂肪代谢分子机制的进一步阐明，以及脂肪沉积的生物技术控制提供理论依据。

CIDEC是近年发现的调控脂肪滴发育的关键因子，具有诱导脂肪滴单室化和促进脂肪沉积的作用。申请者的工作显示，在脂肪沉积(高脂喂养)和脂肪动员(禁食处理)这一对相反的进程中，肝脏CIDEC均上调表达。因此推测CIDEC在脂肪沉积和动员中发挥双重作用，是一个感受机体能量状态（能量充足或能量缺乏）和选择脂肪代谢方式（沉积或动员）的关键因子。为了探究这一问题，本项目采用巴马小型猪作为动物模型，结合体内体外实验，研究不同营养条件下CIDEC细胞定位、表达调控及互作蛋白的差异，获得如下结果1）解析CIDEC结构和功能的关系。通过研究CIDEC的定位结构域和功能结构域，揭示氨基酸1-105发挥脂肪滴定位作用，氨基酸106-173具有内质网定位功能，氨基酸174-238促进单室大脂肪滴的形成、是决定脂肪滴融合的关键区域。并且发现脂肪酸诱导CIDEC定位于脂肪滴，而未加脂肪酸处理时，CIDEC定位于内质网，证实不同营养条件下CIDEC具有不同的亚细胞定位、可能发挥不同的功能。2）初步揭示CIDEC在不同营养条件下的表达调控方式。研究发现CIDEC附近有一个lncRNA，在不同组织和营养条件下该lncRNA与CIDEC的表达都呈明显负相关，体外实验证实其抑制CIDEC的表达，提示该lncRNA可能是在不同营养条件下调节CIDEC表达的关键因素，说明CIDEC的表达可能是经由lncRNA介导的转录后方式调控的。3）阐明不同营养条件下CIDEC互作蛋白的差异。通过Co-IP联合质谱分析，得到禁食和高脂条件下CIDEC的互作蛋白。对其分析发现，禁食组中富集到mRNA结合、剪切及泛素样结合等功能，高脂组中富集到氧化还原酶功能。蛋白结构域分析发现禁食组蛋白具有RNA识别模体，而高脂组具有硫氧还蛋白折叠结构域。并且禁食组和高脂组的互作蛋白在同一亚细胞结构中的比例发生显著变化，说明CIDEC在不同营养条件下亚细胞定位区域发生较大改变，预示其发挥不同功能。研究结果为理解CIDEC感应机体能量状态的分子机制，及在不同生理条件下的信号传导和功能转换提供实验证据，也为动物脂肪代谢分子机制的进一步阐明，以及脂肪沉积的生物技术控制提供理论依据。