ACSS2介导一个表观遗传通路调节小鼠妊娠期间β细胞适应

ACSS2 mediates an epigenetic pathway to regulate β-cell adaptation during gestation in mice.

作者信息Yu Zhang, Shuang He, Xi Wang, Xin Wang, Mao-Yang He, Xin-Xin Yu, Cheng-Ran Xu
PMID40393969
发布时间2025-05
DOI10.1038/s41467-025-58322-3

实验完整度

包含单细胞转录组、CUT&RUN、ATAC-seq等多组学分析,以及p300、Stat3、Acss2基因敲除小鼠模型和体外胰岛培养模型,并进行功能验证。

主要模型

小鼠原代胰岛β细胞 p300βKO小鼠模型 Stat3βKO小鼠模型 Acss2βKO小鼠模型

重点核对

妊娠时间点:G0、G14.5、G18.5等 高脂饮食(HFD)喂养方案:G0.5至G14.5持续14天 基因敲除小鼠:p300βKO、Stat3βKO、Acss2βKO 体外培养条件:添加20%人血清、5μM A485、20μM nifuroxazide

摘要

母体胰腺β细胞经历适应性变化以满足妊娠的代谢需求,而这种适应的破坏可导致妊娠期糖尿病。然而,调控这种适应的机制在很大程度上仍未被探索。结合单细胞转录组和遗传分析,我们鉴定了小鼠中β细胞适应的精确过程,其特征为进行性的代谢应激相关的β细胞功能障碍、乙酰辅酶A生物合成增加以及基因元件特异的组蛋白乙酰化。STAT3招募p300促进妊娠相关基因的组蛋白乙酰化,这一过程被乙酰辅酶A合成酶2(ACSS2)增强。高脂喂养诱导妊娠期间特异性开放的染色质区域发生过度乙酰化,导致损害β细胞功能的基因过度表达。然而,这些损伤可以通过β细胞特异性删除Acss2来挽救。值得注意的是,ACSS2在HFD喂养小鼠中β细胞适应的早期建立中具有功能意义,但在标准饮食喂养的小鼠中,直到适应启动后才发挥作用。我们的研究在单细胞水平揭示了妊娠期间β细胞适应的精细调控过程,并鉴定了一个调控该过程的特定表观遗传通路。这些发现为β细胞可塑性以及妊娠期糖尿病的潜在治疗策略提供了见解。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
妊娠期间β细胞适应的调控机制是什么?
核心机制
STAT3招募p300促进妊娠相关基因的组蛋白乙酰化,ACSS2通过增加乙酰辅酶A水平增强这一过程;高脂饮食诱导染色质过度乙酰化导致β细胞功能障碍。
主要证据
通过单细胞转录组、CUT&RUN和ATAC-seq分析,以及基因敲除小鼠模型,证明ACSS2和STAT3在妊娠后期调控组蛋白乙酰化和β细胞适应。
研究意义
揭示了β细胞可塑性的新机制,为妊娠期糖尿病的治疗提供了潜在靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

单细胞转录组分析β细胞适应过程

鉴定妊娠期间β细胞状态转变及其特征

对G0、G3.5至G18.5以及产后不同时间点的小鼠胰岛细胞进行Smart-seq3和10x Genomics scRNA-seq,鉴定β细胞亚群,并构建妊娠相关伪时间轨迹。

2

组蛋白乙酰化动态分析

探究妊娠期间组蛋白乙酰化水平变化及其与基因表达的关系

通过LC-MS/MS测量乙酰辅酶A水平,Western blot和免疫荧光检测组蛋白乙酰化,CUT&RUN和ATAC-seq分析组蛋白修饰和染色质可及性。

3

p300功能验证

验证p300在β细胞适应和增殖中的作用

体外培养胰岛,用p300抑制剂A485处理,观察β细胞适应;生成p300βKO小鼠,分析其β细胞增殖、mass和糖耐量。

4

STAT3作用分析

探究STAT3是否与p300协同调节β细胞适应

通过CUT&RUN分析STAT3结合位点,免疫共沉淀验证STAT3-p300相互作用,生成Stat3βKO小鼠并分析其表型。

5

ACSS2功能验证

探究ACSS2在β细胞适应和组蛋白乙酰化中的作用

分析ACSS2表达,生成Acss2βKO小鼠,进行scRNA-seq、H3K27ac CUT&RUN及功能实验。

6

高脂饮食(HFD)影响

探究高脂饮食对妊娠期β细胞适应的影响及ACSS2的潜在作用

对妊娠小鼠喂食HFD,进行scRNA-seq和ATAC-seq,并分析Acss2βKO对HFD诱导的β细胞功能障碍的影响。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI1640培养基Gibco21870076
A485SelleckS8740
硝呋齐特SelleckS4182
他莫昔芬Sigma13258
胶原酶PRoche11213873001
胰蛋白酶Thermo Fisher Scientific25200114
AceQ qPCR SYBR Green预混液VazymeQ121-02
微量RNA提取试剂盒TiangenDP420
HiScript II Q逆转录预混液VazymeR223
KAPA Hyper Prep试剂盒Rochekk2602
TruePrep DNA文库制备试剂盒V2(Illumina)VazymeTD502
RIPA裂解液Thermo Scientific89900
BCA蛋白定量试剂盒BiossC05-02001
Protein A磁珠Invitrogen10002D
抗原修复液VectorH-3300
ABC试剂盒Vector LabsPK-4000
生物素化抗兔IgGVector LabsBA1100
ACQUITY UPLC MS/MS系统Waters--
InfinityLab Poroshell 120 SB-Aq色谱柱Waters--
大鼠/小鼠胰岛素ELISA试剂盒Merck MilliporeEZRMI-13K
BD Aria SORP流式细胞仪BD--
单细胞3'试剂盒v310x Genomics--
TruePrep DNA文库制备试剂盒VazymeTD501
WES毛细管电泳系统ProteinSimple--
抗组蛋白H3抗体Abcamab1791
抗乙酰化组蛋白H3抗体Active Motif39139
抗H3K27ac抗体Active Motif39133
抗H3K9ac抗体Abcamab10812
抗ACSS2抗体(T.407.4)Thermo ScientificMA5-14810
抗STAT3抗体CST12640
抗磷酸化STAT3(Ser727)抗体CST9134
抗β-肌动蛋白抗体ABclonalAC026
抗H3K27me3抗体Millipore07-449
抗H3K4me1抗体Millipore07-436
抗p300抗体CST54062
抗胰岛素抗体Abcamab7842
抗CHGB抗体Abcamab12242
抗PDX1抗体Abcamab47383
抗Ki67抗体Abcamab15580
抗ACSS2抗体CST3658S
抗胰高血糖素抗体TakaraM182
抗血清素抗体Immunostar20080
NKX6.1抗体NovusNBP1-49672

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
小鼠模型
小鼠品系:C57BL/6J背景;基因敲除:p300βKO、Stat3βKO、Acss2βKO;诱导Cre:他莫昔芬剂量0.1mg/g体重,灌胃一周
阅读提示:Methods: Mice
饮食处理
标准饮食SD(11.3% kcal脂肪)或高脂饮食HFD(60% kcal脂肪);HFD从G0.5开始持续14天
阅读提示:Methods: Mice
胰岛分离和培养
胶原酶P浓度0.5mg/mL;培养基RPMI1640添加20%人血清;处理A485(5μM)或nifuroxazide(20μM);培养4天
阅读提示:Methods: Single pancreatic islet cell preparation; Culture of mouse pancreatic islets
单细胞RNA测序
10x Genomics平台和Smart-seq3;数据过滤标准:检测基因数、线粒体UMI比例
阅读提示:Methods: ScRNA-seq experiments; Preprocessing of 10x Genomics scRNA-seq data; Preprocessing of Smart-seq3 scRNA-seq data
表观遗传分析
CUT&RUN抗体和细胞数;ATAC-seq细胞数;数据比对和峰调用参数
阅读提示:Methods: CUT&RUN and ATAC-seq; Preprocessing of CUT&RUN and ATAC-seq data; Analyses of CUT&RUN and ATAC-seq data