PCAF干扰PGC-1a转录活性对2型糖尿病小鼠肝糖异生调控作用的研究

Post-translational modification is an important manner to regulate protein activity. PGC-1alpha? is a key transcriptional coactivator for hepatic gluconeogenesis. Ectopic stimulation of PGC-1alpha?activity in liver results in hyperglycemia. Therefore interference of PGC-1alpha activity is a useful strategy for treating hyperglycemia. PCAF is an acetyltranferase and it has been showed that PCAF could acetylate many kinds of cytokines and thus affect their activities. Our preliminary data showed that PCAF expression was reduced in type 2 diabetic mouse liver and acetylated PGC-1alpha was decreased as well, indicating PCAF may be a key acetyltransferase in vivo for acetylating PGC-1alpha. Further in vitro experiments revealed that PCAF really acetylates PGC-1alpha and leads to repression of PGC-1alpha transcriptional activity. In the current projects, we aim to elucidate the involved molecular mechanisms responsible for PCAF-mediated repression of PGC-1alpha activity. In the following experiments, we will increase PCAF expression in diabetic mouse liver and investigate whether PCAF over-expression causes interference of PGC-1alpha activity, and thus to rectify the impaired glucose metabolism and ameliorates hyperglycemia in type 2 diabetic mice. Taken together, we speculate that PCAF expression reduction might be a causative factor for developing hyperglycemia in type 2 diabetic mice. Furthermore, PCAF acetyltransferase might be a novel drug target for developing new agents against hyperglycemia.

翻译后修饰是调节蛋白活性的重要方式之一。PGC-1a是肝糖异生过程中的一种关键转录共激活因子，其活性异常升高可导致高糖血症。控制PGC-1a的转录活性是一种治疗高糖血症的有效手段。PCAF是一种蛋白乙酰转移酶,可乙酰化修饰多种蛋白因子。我们初步研究发现2型糖尿病小鼠肝脏中PCAF表达下降，同时伴随PGC-1a乙酰化水平的下降,提示PCAF可能是体内乙酰化修饰PGC-1a的关键乙酰转移酶。随后细胞研究结果证实PCAF确实可乙酰化修饰PGC-1a，并可导致PGC-1a转录活性降低。本课题旨在阐明PCAF干预PGC-1a转录活性的分子机制，并且拟通过提高2型糖尿病小鼠肝脏PCAF的表达,降低PGC-1a的转录活性，从而改善糖尿病小鼠的糖代谢紊乱，缓解高糖血症。本项目的开展有望确立PCAF表达降低是导致2型糖尿病小鼠高血糖症的因素之一,并且PCAF可能作为一种新的筛选治疗高糖血症的药物靶点。

糖异生是指机体将多种非糖物质，如丙酮酸、乳酸、丙三醇等，通过一系列生化反应将其转变成糖的过程。对哺乳动物而言，肝脏是糖异生发生的主要器官，因此将发生于肝脏中的糖异生过程简称为肝糖异生，其主要生理意义在于维持饥饿状态下机体的正常血糖水平。许多研究证据表明，肝糖异生过程异常升高是导致高糖血症的因素之一，而长期高糖血症可引起机体的胰岛素抵抗及2型糖尿病的发生与发展。因此，开展肝糖异生过程的研究对2型糖尿病的预防及治疗具有重要意义。.PGC-1是一种受冷刺激诱导且可以介导多种细胞能量代谢的核受体辅助激活因子，在褐色脂肪和肌肉组织产热、脂肪酸氧化、线粒体生物合成、肌纤维类型的转化方面都起重要作用。作为一种辅助激活因子，PGC-1可与CREB、FoxO1或HNF4结合，从而进一步促进这些转录因子对G6Pase和PEPCK基因的转录活性，进而增强肝糖异生作用。多项研究发现调控PGC-1转录活性是一种重要的调控机体血糖水平的有效策略。PGC-1翻译后的修饰对其转录活性具有重要调控作用，比如，去乙酰化酶SIRT1可降低PGC-1的乙酰化水平，从而提高其转录活性；相反，乙酰转移酶GCN5可提高PGC-1的乙酰化水平，导致其活性的降低。.在本项目的研究中，我们发现T2DM小鼠肝脏中乙酰转移酶PCAF表达明显下降，同时乙酰化PGC-1水平也呈下降趋势；并且免疫共沉淀实验证实PCAF与PGC-1存在物理结合作用。据此我们推断PCAF是T2DM小鼠肝脏中对PGC-1进行乙酰化修饰的主要HAT。在随后的实验中我们采用串联质谱技术(MS/MS)发现PGC-1的328位和450位赖氨酸残基是PCAF的乙酰化位点，并且发现此两位点的乙酰化修饰可导致PGC-1蛋白迅速降解，从而降低其转录活性。我们研究结果发现，上调T2DM小鼠肝脏PCAF的表达确实可降低其血糖水平,提高其葡萄糖耐受与胰岛素耐受水平，从而改善T2DM小鼠体内糖代谢紊乱症状。在本研究工作中，我们率先发现了乙酰化修饰调控PGC-1转录活性的分子机制，并且PCAF有可能作为治疗高糖血症相关代谢性疾病的药物筛选靶点。