己糖激酶1和2介导葡萄糖利用,通过核糖体蛋白S6激酶1调控牛乳腺上皮细胞中κ-酪蛋白的合成

Hexokinase 1 and 2 mediates glucose utilization to regulate the synthesis of kappa casein via ribosome protein subunit 6 kinase 1 in bovine mammary epithelial cells.

作者信息Tianyu Yang, Jia Guo, Han Song, Osmond Datsomor, Yuhang Chen, Maocheng Jiang, Kang Zhan, Guoqi Zhao
PMID38362515
期刊Anim Nutr
发布时间2024-01-14
DOI10.1016/j.aninu.2024.01.001

实验完整度

研究包含细胞实验(BMEC)、基因敲除(CRISPR/Cas9)及多种检测(qPCR、Western blot、免疫荧光等),但缺少动物或体内验证。

主要模型

SV40大T抗原永生化牛乳腺上皮细胞(BMEC) HK1敲除BMEC(HK1KO) HK2敲除BMEC(HK2KO)

重点核对

BMEC经SV40大T抗原永生化,购自扬州大学动物物种保藏与应用研究所 葡萄糖饥饿2小时后,分别用0、2.5、10或17.5 mM葡萄糖处理6或24小时 使用CRISPR/Cas9系统敲除HK1(外显子4)和HK2(外显子3) 敲除后BMEC在17.5 mM葡萄糖处理下,葡萄糖摄取、增殖、CSN3表达及p-S6K1水平显著降低

摘要

葡萄糖通过mTOR信号通路在牛乳腺上皮细胞(BMEC)中发挥重要作用。本研究旨在确定葡萄糖如何影响BMEC中己糖激酶(HK)活性,并探讨HK通过雷帕霉素靶蛋白复合物1(mTORC1)信号通路调控BMEC中κ-酪蛋白(CSN3)合成的机制。为此,利用CRISPR/Cas9系统敲除了BMEC中的HK1和HK2,并检测了基因和蛋白表达、葡萄糖摄取及细胞增殖。我们发现,随着葡萄糖浓度的增加,葡萄糖摄取、细胞增殖、CSN3基因表达水平以及HK1和HK2的表达均增加。值得注意的是,在17.5 mM葡萄糖处理的HK2敲除(HK2KO)BMEC中,葡萄糖摄取显著降低。此外,在相同葡萄糖处理条件下,与野生型BMEC相比,HK1敲除(HK1KO)和HK2KO BMEC的增殖能力和CSN3丰度均显著降低。我们进一步观察到,在17.5 mM葡萄糖处理后,HK1KO和HK2KO BMEC中核糖体蛋白S6激酶1(S6K1)的磷酸化水平降低。如预期,葡萄糖处理后,HK1KO和HK2KO BMEC中葡萄糖-6-磷酸水平及糖酵解相关基因的mRNA表达水平均降低。结果表明,在葡萄糖处理下,HK1和HK2的敲除抑制了BMEC的细胞增殖和CSN3表达,这可能与S6K1失活和糖酵解抑制有关。

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
葡萄糖如何通过己糖激酶(HK1和HK2)调控牛乳腺上皮细胞中κ-酪蛋白(CSN3)的合成?
核心机制
HK1和HK2介导葡萄糖利用,通过mTORC1/S6K1信号通路和糖酵解调控CSN3合成。HK1/HK2敲除导致G6P水平下降,抑制S6K1磷酸化和糖酵解相关基因表达,从而抑制细胞增殖和CSN3表达。
主要证据
通过CRISPR/Cas9敲除HK1和HK2后,在葡萄糖处理下,HK1KO和HK2KO BMEC的细胞增殖和CSN3表达显著降低,p-S6K1水平降低,G6P水平及PFKL、ALDOB等糖酵解基因表达下降。
研究意义
研究表明HK1和HK2在调控牛乳腺上皮细胞CSN3蛋白表达中发挥重要作用,通过调节S6K1激酶活性,为通过特定营养调控提高乳腺蛋白合成效率提供了潜在策略。

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

检测葡萄糖浓度对BMEC功能的影响

探究不同葡萄糖浓度对BMEC增殖、CSN3表达、HK活性及HK1/HK2表达的影响

将BMEC在不同葡萄糖浓度(0、2.5、10、17.5 mM)下处理6或24小时,检测HK活性、HK1/HK2表达、CSN3表达、葡萄糖摄取和细胞增殖。

2

生成HK1和HK2敲除BMEC系

建立HK1和HK2敲除的BMEC模型,用于研究其在葡萄糖调控CSN3合成中的作用

使用CRISPR/Cas9系统,设计sgRNA靶向HK1外显子4和HK2外显子3,构建lentiCRISPR v2载体,包装慢病毒感染BMEC,并通过测序和Western blot验证敲除效果。

3

评估HK敲除对BMEC功能的影响

研究HK1/HK2敲除在葡萄糖处理下对葡萄糖摄取、细胞增殖和CSN3表达的影响

将野生型、HK1KO和HK2KO BMEC在17.5 mM葡萄糖或无葡萄糖条件下孵育,检测葡萄糖摄取、细胞增殖、CSN3基因和蛋白表达。

4

检测糖酵解相关基因和mTORC1通路的变化

探究HK敲除对糖酵解和mTORC1信号通路的影响,以解释CSN3合成变化的机制

检测G6P水平、糖酵解相关基因(GPI、PFKL、PFKM、ALDOA/B/C)的mRNA表达,以及mTOR、p-mTOR、S6K1、p-S6K1的蛋白水平。

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
DMEM/F12培养基GibcoC11330500BT
胰岛素Sigma-Aldrich--
催乳素Sigma-Aldrich--
氢化可的松Sigma-Aldrich--
胎牛血清----
青霉素----
链霉素----
lentiCRISPR v2载体Addgene52961
聚乙烯亚胺MAXPolysciences24765-1
pMDLg/pRRE质粒----
pRSV-Rev质粒----
pMD2.G质粒----
基因组DNA提取试剂盒TiangenDP214-02
PCR超级混合液Thermo Fisher Scientific--
T载体Takara6013
无糖DMEM培养基SolarbioD6540
葡萄糖氧化酶/过氧化物酶检测试剂盒ApplygenE1010-1
BCA蛋白检测试剂盒BeyotimeP0012
细胞计数试剂盒-8Vazyme Biotech Co., LtdA311
总己糖激酶检测试剂盒SolarbioBC0740
葡萄糖-6-磷酸比色检测试剂盒ElabscienceK011
FastPure细胞/组织总RNA提取试剂盒Vazyme Biotech Co., LtdRC101
One drop-1000+微量分光光度计Thermo Scientific--
反转录试剂盒TakaraRR047
SYBR Premix Ex Taq IITakaraRR091Q
RIPA裂解液Thermo Scientific89900
蛋白酶抑制剂混合物Thermo Scientific1862209
磷酸酶抑制剂混合物Roche1862209
BCA试剂盒BeyotimeP0010
硝酸纤维素膜PALL--
GAPDH抗体CST2118
mTOR抗体CST2972
p-mTOR抗体CST2971
S6K1抗体CST9202
p-S6K1抗体CST9234
HK1抗体BeyotimeAF1726
HK2抗体Abcamab209847
CSN3抗体Biorbytorb482191
HRP标记的山羊抗兔IgG二抗CST7074
Pierce ECL Plus蛋白质印迹底物Thermo Scientific46640
Super Signal West Femto最大灵敏度底物Thermo Scientific46640
FITC标记的抗兔IgGSanta Cruzsc-3753
PermaFluor封片剂Thermo ScientificTA006FM
共聚焦激光扫描显微镜OlympusBX53
自动酶标仪Thermo ScientificMultiskan GO

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
细胞培养
BMEC细胞系来源(SV40大T抗原永生化),培养基组成(DMEM/F12、10% FBS、胰岛素、催乳素、氢化可的松、青霉素、链霉素)
阅读提示:Materials and methods 2.2 Cell culture
葡萄糖处理
葡萄糖浓度(0、2.5、10、17.5 mM)、处理时间(6或24小时)、饥饿时间(2小时)、培养基(无葡萄糖DMEM,pH 7.4,无血清)
阅读提示:Materials and methods 2.4 Experimental design
基因敲除
靶向HK1外显子4和HK2外显子3的sgRNA序列、载体(lentiCRISPR v2)、转染试剂(PEI MAX)、病毒包装质粒、感染时间(72小时)
阅读提示:Materials and methods 2.3 Generation of HK1 and HK2 knockout BMEC
检测方法
HK活性、葡萄糖摄取、G6P、qPCR、Western blot、免疫荧光的具体试剂盒和抗体、孵育条件
阅读提示:Materials and methods 2.5-2.9