2020年5月4日，國際學(xué)術(shù)期刊?Nature Metabolism?在線發(fā)表了中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所丁秋蓉課題組的研究論文“MRG15 orchestrates rhythmic epigenomic remodeling and controls hepatic lipid metabolism”。

南模生物為該研究構(gòu)建了Mrg15^Flag-KI?小鼠模型。

該研究發(fā)現(xiàn)MRG15作為一個進(jìn)化上保守的表觀調(diào)控因子在調(diào)控肝臟組織染色質(zhì)開放狀態(tài)和脂代謝基因轉(zhuǎn)錄活性的節(jié)律性振蕩中行使重要的分子開關(guān)作用。研究提示MRG15復(fù)合物在肝臟組織感應(yīng)外界營養(yǎng)狀態(tài)，并在營養(yǎng)豐富環(huán)境下進(jìn)行有效能量儲存的過程中起重要作用。該研究為營養(yǎng)過剩環(huán)境下脂質(zhì)代謝紊亂導(dǎo)致的代謝性疾病提供了新的分子靶標(biāo)。

地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了晝夜交替，在長期的進(jìn)化過程中，生物體產(chǎn)生了生物鐘節(jié)律系統(tǒng)，使得行為和生理進(jìn)程同步于光線的周期變化，以使能量的儲存和利用達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。前期研究發(fā)現(xiàn)全基因組范圍內(nèi)的染色質(zhì)開放和閉合，RNA聚合酶II的基因組結(jié)合和新生轉(zhuǎn)錄活性呈現(xiàn)明顯的晝夜節(jié)律。以肝臟為例，基因表達(dá)譜分析發(fā)現(xiàn)5-20%的基因在肝臟組織中存在24h的振蕩表達(dá)，且其中大多數(shù)基因?qū)Υx有重要調(diào)控作用，說明染色質(zhì)重塑層面的晝夜節(jié)律調(diào)控在外周代謝組織中（如肝臟）對代謝基因的整體轉(zhuǎn)錄調(diào)控，繼而能量的儲存和消耗平衡非常重要。而外周代謝組織如何感應(yīng)外界營養(yǎng)狀態(tài)的節(jié)律性變化，并在染色質(zhì)重塑層面做出及時響應(yīng)是代謝領(lǐng)域有待回答的基本問題。

MRG15是一個進(jìn)化上非常保守的表觀調(diào)控因子，前期被發(fā)現(xiàn)參與調(diào)控細(xì)胞增殖、DNA修復(fù)和個體發(fā)育過程。雖然MRG15基因附近的基因組區(qū)域在人類遺傳學(xué)中被鑒定為心血管疾病易感區(qū)域，但尚缺乏針對MRG15在代謝中的功能研究。

研究人員在系統(tǒng)檢測MRG15基因組結(jié)合位點(diǎn)時發(fā)現(xiàn)，在肝臟組織中MRG15結(jié)合在多個重要脂代謝基因啟動子和增強(qiáng)子區(qū)域，并同時發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象：MRG15的基因組結(jié)合呈現(xiàn)明顯的節(jié)律性——在小鼠夜間進(jìn)食狀態(tài)下，MRG15結(jié)合的基因組位點(diǎn)超過1萬個；而在白天非進(jìn)食狀態(tài)下，MRG15的基因組結(jié)合位點(diǎn)只有57個；而改變進(jìn)食時間能明顯改變MRG15基因組結(jié)合的節(jié)律性。

Fig. 1 Rhythmic genomic recruitment of MRG15 in mouse liver.

進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，MRG15與基因組的節(jié)律性結(jié)合可促進(jìn)染色質(zhì)開放，增強(qiáng)RNA聚合酶II的基因組結(jié)合，提高基因轉(zhuǎn)錄活性；而在MRG15敲除的肝臟組織中，全基因組范圍內(nèi)Pol II基因組結(jié)合的節(jié)律性被明顯破壞，多個脂代謝基因表達(dá)顯著降低，提示MRG15在節(jié)律性染色質(zhì)重塑和脂代謝基因表達(dá)調(diào)控中起關(guān)鍵作用。

Fig. 2?MRG15 regulates rhythmic RNa polymerase ii recruitment in mouse liver

研究人員進(jìn)一步針對導(dǎo)致MRG15節(jié)律性基因組結(jié)合上游機(jī)制進(jìn)行了研究，初步發(fā)現(xiàn)肝臟核受體LRH-1（又名NR5A2）部分介導(dǎo)了MRG15在脂代謝基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)域的結(jié)合。通過構(gòu)建Mrg15Flag-KI小鼠模型進(jìn)行免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)證明LRH-1與MRG15存在蛋白相互作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示LRH-1的蛋白表達(dá)量以及LRH-1與MRG15的蛋白相互作用明顯受節(jié)律和上游營養(yǎng)信號調(diào)控，提示了一種經(jīng)由LRH-1調(diào)控MRG15基因組結(jié)合的上游營養(yǎng)感應(yīng)機(jī)制。

當(dāng)通過CRISPR技術(shù)在成體小鼠肝臟組織里敲除MRG15進(jìn)而抑制這一過程后，小鼠能明顯抵抗高脂飲食導(dǎo)致的肝臟脂肪積累，改善代謝平衡。更有意思的是，F(xiàn)DA批準(zhǔn)的藥物阿加曲班（argatroban）被發(fā)現(xiàn)可以高親和力結(jié)合MRG15，抑制MRG15的功能，從而有效抑制肝臟脂滴積累，提示MRG15是一個成藥性較強(qiáng)的分子靶點(diǎn)。綜上，此項(xiàng)研究揭示了肝臟細(xì)胞感應(yīng)上游營養(yǎng)信號，并在染色質(zhì)重塑水平作出及時響應(yīng)的一種傳導(dǎo)機(jī)制和其間關(guān)鍵銜接因子MRG15。

Fig.3?LRH-1 interacts with MRG15

中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所韋余達(dá)、田程和趙永旭為該論文的共同第一作者，丁秋蓉研究員為論文通訊作者。這項(xiàng)工作得到了中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所應(yīng)浩研究員、上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院劉峰博士和復(fù)旦大學(xué)于文強(qiáng)教授的大力幫助。該研究還得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委及中國科學(xué)院等項(xiàng)目的資助，同時也得到了中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所公共技術(shù)平臺和動物平臺的支持。

Fig. 4 Mechanistic model of the role of MRG15 in regulating liver lipid metabolism.

本文轉(zhuǎn)載自中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所官網(wǎng)