PCAF乙酰化修饰XBP1s蛋白对糖尿病小鼠血糖稳态的调控研究

It has been demonstrated that ER stress is an important mediator responsible for obesity induced insulin resistance and type 2 diabetes. Under ER stress, cell will initiate unfolded protein response (UPR) to enfore protein folding capacity and thus to alleviate ER stress. XBP1s is a key transcriptional factor invovled in UPR and up-regulation of its expression can attenuate ER stress. Previous study show that increasing expression of XBP1s significantly decrease blood glucose levels in diabetic mice. However, little attention was paid to post-translational modification of XBP1s. Our prelimiary data show that PCAF increases XBP1s nuclear migration and transcriptional activity. futhermore, we found that there is a significant reduction in PCAF protein level in obeses animals compared with that in lean controls. The present project will be focused on which site(s) of XBP1s was acetylated by PCAF, and we expect that up-regulation of PCAF will rectify abnormal glucose metabolism and maintain glucose homeostasis in type 2 diabetic animals. The performance of this project might explore a novel drug target for curing type 2 diabetes- - acetyltransferase PCAF.

研究表明内质网应激（ERS）是肥胖导致的胰岛素抵抗及2型糖尿病（T2DM）发生、发展的重要因子之一。在ERS情况下，细胞会启动未折叠蛋白反应（UPR）以提高内质网的蛋白折叠功能。XBP1s是UPR途径中的一个重要的转录调控因子，其表达水平上调可缓解ERS。前期研究表明提高XBP1s的表达可显著地降低2型糖尿病小鼠的血糖水平，但目前对此蛋白的翻译后修饰研究较少。本课题初步研究结果表明乙酰转移酶PCAF可增加XBP1s在细胞核中的分布，上调其转录活性。另外，与正常小鼠相比，肥胖小鼠体内PCAF蛋白水平显著降低，推测PCAF可能与T2DM发展过程相关。本研究旨在阐明PCAF对XBP1s的乙酰化修饰位点，并上调糖尿病小鼠PCAF的表达，研究PCAF的上调是否可通过提高XBP1s的活性来缓解糖尿病小鼠的糖代谢异常，维持糖稳态。本项目的开展有望发现一种新的治疗T2DM的药物靶点－PCAF。

临床调查显示糖尿病已经成为继肿瘤、心血管病之后第三位严重危害人类健康的慢性代谢性疾病。随着我国经济的迅速发展和居民生活方式的变化，肥胖与糖尿病患者也与日俱增。中国糖尿病流行病学调查结果显示：在20岁以上的成年人中，有9.7%糖尿病患者；还有15.5%属于糖尿病前期，这些数据表明我国已经是世界第一糖尿病大国。目前，现有的糖尿病治疗药物效果有限，且副作用较大。因此，进一步深入研究2型糖尿病发生、发展的分子机制具有十分重要的科学意义和应用价值。.XBP1s是蛋白未折叠反应（UPR）途径中一类重要的转录调控因子，其表达水平直接影响到UPR活性，从而影响胰岛素信号途径和葡萄糖代谢。目前有关XBP1s的翻译后修饰的研究较少。PCAF是一种组蛋白乙酰化酶，我们前期研究结果表明该乙酰化酶可乙酰化修饰XBP1s。因此，本项目旨在研究PCAF对XBP1s蛋白翻译后的乙酰化修饰对其生理学功能的影响。但在本项目的执行过程中，我们发现PCAF对另外一个作用底物PGC1a的调控水平更强，并且PGC1a是一种关键的肝糖异生共激活转录因子。据此，我们将本项目的研究内容调整为PCAF对PGC1a乙酰化修饰对肝糖异生的调控作用研究。.实验中，我们发现T2DM小鼠肝脏中PCAF表达明显下降，同时乙酰化PGC1a水平也呈下降趋势；并且免疫共沉淀实验证实PCAF与PGC1a存在物理结合作用。据此我们推断PCAF是T2DM小鼠肝脏中对PGC1a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PGC1a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PGC1a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PGC1a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。