线粒体蛋白C6ORF57在代谢综合征中的作用研究

Up to now 1098 mitochondrial proteins have already been found in mammals, but the functions of nearly 300 proteins are still unclear. Unveiling the biochemical and physiological functions of these mitochondrial proteins will help us understand the critical role of mitochondria during pathological process of diseases. C6ORF57 is a highly conserved undefined mitochondrial protein in eukaryotes. Bioinformatic examinations and our preliminary data showed that C6ORF57 is associated with metabolic syndrome. Deficiency of C6ORF57 leads to mitochondrial dysfunction， decreased Sirt1 expression and declined insulin sensitivity. Insulin resistance is the common pathogenesis of metabolic syndrome including Type 2 Diabetes, obesity, and hypertension. Current opinion suggests that mitochondrial dysfunction plays an important role in insulin resistance. However, how mitochondria participate in the process of insulin resistance need more investigations. This proposal will focus on the role of mitochondrial protein C6ORF57 in insulin resistance with cellular and animal models using knockout and overexpression techniques. The research will provide new targets for prevention and treatment of metabolic syndrome and promote the development of mitochondrial biology.

目前已发现的哺乳动物线粒体蛋白有1098种，但近300种蛋白的功能尚不明确，对该类线粒体蛋白的生化与生理功能的注释有助于进一步理解线粒体在疾病发生发展中的重要作用。C6ORF57是其中一种未定义的线粒体蛋白，在真核生物体内具有高度保守性。通过前期生物信息学分析和初步实验探索，我们发现C6ORF57与代谢综合征的发病紧密相关，它的缺失能够损伤线粒体活性，降低细胞代谢的重要调控因子去乙酰化酶Sirt1的表达，且可导致细胞对胰岛素的响应降低。胰岛素抵抗是2型糖尿病、肥胖、高血压等代谢综合征共有的病理基础，而线粒体功能的损伤被认为是胰岛素抵抗的重要促进因素，但是线粒体如何参与胰岛素抵抗的形成仍不明确。本课题拟通过多种细胞、动物模型结合基因敲除与过表达的技术手段，对线粒体蛋白C6ORF57进行深入探讨，明确其在胰岛素抵抗及代谢综合征中的作用机制，为该类疾病的防治提供新的靶点并促进线粒体生物学的研究。

目前已发现的哺乳动物线粒体蛋白有1098种，但近300种蛋白的功能尚不明确，对该类线粒体蛋白的生化与生理功能的注释有助于进一步理解线粒体在疾病发生发展中的重要作用。C6ORF57是其中一种未定义的线粒体蛋白，在真核生物体内具有高度保守性。通过前期生物信息学分析和初步实验探索，我们发现C6ORF57与代谢综合征的发病紧密相关。在本课题中通过免疫荧光等分析，我们发现该蛋白具有线粒体定位，通过shRNA敲低肝脏细胞、肌肉细胞系中C6orf57的表达，发现该基因的缺失能够损伤线粒体尤其是复合物II的活性，诱导活性氧自由基的过度产生。进一步探索发现，该蛋白参与了复合物II的亚基组装，其表达的降低能引起复合体组装的失败，最终引起复合物II的活性降低。在肝脏细胞中C6orf57基因的下调，能够引发显著的胰岛素抵抗，而在肌肉前体细胞中C6orf57基因的下调，能够促进肌肉前体细胞向肌肉细胞的分化，提示C6ORF57蛋白在不同组织可能具有不同的功能。通过构建C6orf57敲除小鼠，我们发现全身敲除C6orf57后无法形成胚胎，提示该基因在胚胎发育过程中的重要作用。随后我们构建各种组织特异性敲除小鼠，在肌肉特异性敲除小鼠中，我们发现小鼠的存活周期较短，引发早期死亡的原因为扩张型心肌病引发的心脏衰竭，提示C6ORF57蛋白对维持心脏肌肉的功能和活性至关重要。在肝脏特异性敲除的小鼠中，我们发现该敲除小鼠与野生型对照生存周期和活力并无明显差别，小鼠解剖观察发现，纯合敲除小鼠肝脏、心脏、棕色脂肪等与野生型小鼠并无明显差异，但白色脂肪组织重量在敲除小鼠里有一定程度降低，血液生化分析显示肝脏功能ALT并无显著差异，但血脂有一定程度升高,提示肝脏缺失C6ORF57对机体糖脂代谢有一定影响。本项目研究揭示C6ORF57这一蛋白在线粒体功能调节中有重要作用，且密切参与了机体胚胎发育、心脏肌肉功能调节、肝脏脂代谢等多个重要生命过程。综上所述，本课题通过多种细胞、动物模型结合基因敲除与过表达的技术手段，对线粒体蛋白 C6ORF57进行初步探讨，明确其在包括代谢综合征的多种生命活动具有重要的调节功能，为该类疾病的发病机制和防治策略的深入研究提供重要的靶点，对线粒体生物学的研究提供新的数据支持。