核受体辅阻遏物以非经典方式驱动糖皮质激素受体依赖的肝脏糖异生激活

Nuclear receptor corepressors non-canonically drive glucocorticoid receptor-dependent activation of hepatic gluconeogenesis

作者信息Amy K Hauck, Rashid Mehmood, Bryce J Carpenter, Maxwell T Frankfurter, Michael C Tackenberg, Shin-Ichi Inoue, Maria K Krieg, Fathima N Cassim Bawa, Mohit K Midha, Delaine M Zundell, Kirill Batmanov, Mitchell A Lazar
PMID38622413
期刊Nat Metab
发布时间2024-05
DOI10.1038/s42255-024-01029-4

实验完整度

包含体内动物模型(dKO、单KO、NSDAD)、表型分析、转录组(RNA-seq)、染色质可及性(ATAC-seq)及ChIP-seq等多层级验证,并进行功能验证(如饥饿、地塞米松处理)。

主要模型

肝细胞特异性NCOR1/2双敲除(dKO)成年小鼠 肝细胞特异性NCOR1、NCOR2、HDAC3单敲除小鼠 NSDAD点突变小鼠(HDAC3催化活性缺失)

重点核对

AAV8-TBG-Cre尾静脉注射(1.5 x 10^11 GC/小鼠)诱导肝细胞特异性敲除,8-12周龄雄性C57Bl/6J小鼠 地塞米松处理(1 mg/kg,腹腔注射,ZT8)后2小时收集肝脏 ATAC-seq使用HNF4A阳性肝细胞核(分选后50,000个细胞) ChIP-seq使用抗NCOR1(5 ug)和抗GR(2 ug)抗体 RNA-seq和ATAC-seq差异分析阈值(fold change>1.5,FDR<0.05)

摘要

核受体辅阻遏物(NCORs)在含有组蛋白去乙酰化酶3(HDAC3)的多蛋白复合物中发挥作用。在肝脏中,HDAC3的缺失导致明显的肝脂肪变性,主要由于参与脂质代谢的基因去抑制。在这里,我们表明成年小鼠肝细胞中NCOR1和2(dKO)的同时缺失重现了HDAC3 KO的肝肿大脂肪肝表型。此外,dKO肝脏表现出糖原储存和糖异生基因表达的显著减少,这在单个NCOR或HDAC3的肝脏敲除中未观察到,导致严重的空腹低血糖。NCOR1/2的这种令人惊讶的HDAC3非依赖性激活功能是由于缺失NCORs后染色质可及性的意外丧失,阻止了糖皮质激素受体结合及其对糖异生基因的刺激作用。这些研究揭示了NCORs的一种未预料到的非经典激活功能,对代谢健康至关重要。

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
NCOR1和NCOR2在肝脏中除了已知的HDAC3依赖的抑制作用外,是否具有非经典的功能?
核心机制
NCOR1/2通过维持染色质可及性,促进糖皮质激素受体(GR)在糖异生基因增强子上的结合和转录激活,该作用不依赖于HDAC3。
主要证据
肝细胞特异性NCOR1/2双敲除(dKO)小鼠显示糖异生基因表达下降和空腹低血糖;ATAC-seq显示NCOR结合位点染色质可及性降低,GR结合减少;地塞米松实验证实GR转录活性受损,尤其是在NCOR1共结合位点。
研究意义
该研究揭示了NCORs在肝脏中非经典的激活功能,对维持血糖稳态至关重要,可能为糖皮质激素治疗的高血糖副作用提供新的干预靶点。

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

肝细胞特异性敲除小鼠模型构建

研究NCOR1/2在成体小鼠肝细胞中的功能,避免发育致死。

通过尾静脉注射AAV8-TBG-Cre病毒,在成年小鼠(8-12周龄)肝细胞中敲除Ncor1和Ncor2(dKO),同时构建Ncor1、Ncor2和Hdac3单敲除小鼠作为对照。

2

表型分析

评估NCOR1/2缺失对肝脏形态、肝功能及代谢表型的影响。

通过组织学染色(H&E、Sirius Red、αSMA、F4/80)、血清ALT活性、肝脏重量、甘油三酯和糖原含量测定,以及血糖监测,比较dKO、单KO和对照组小鼠的表型差异。

3

转录组分析

鉴定NCOR缺失引起的全局基因表达变化,特别是糖异生相关基因。

对dKO和单KO肝脏进行RNA-seq,通过PCA和差异表达分析比较转录组变化,并通过RT-qPCR验证关键基因。

4

染色质可及性分析

探究NCOR缺失如何影响染色质开放状态,尤其是在糖异生基因增强子区域。

分离肝细胞核,进行ATAC-seq,分析差异可及性峰,并与NCOR1/2结合位点及GR结合位点进行重叠分析。

5

GR功能验证

确定NCOR缺失是否影响糖皮质激素受体(GR)的结合和转录活性。

用合成糖皮质激素地塞米松(Dex)处理小鼠,进行RNA-seq和ChIP-seq分析,比较dKO和对照组中GR靶基因表达及GR结合变化。

6

体内代谢功能实验

验证NCOR缺失导致的功能性后果,如空腹低血糖和糖异生受损。

进行24小时禁食实验、丙氨酸耐受性测试(ATT)、葡萄糖和胰岛素耐受性测试(GTT/ITT),并测量血清乳酸、丙氨酸和β-羟基丁酸水平。

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
AAV8-TBG-eGFP----
AAV8-TBG-CRE----
天狼星红染色试剂盒Polysciences, Inc.24901
抗α-SMA抗体DAKOM0851
F4/80抗体Cell Signaling Technology70076
L-丙氨酸SigmaA7627
地塞米松MilliporeD2915
皮质酮ELISA试剂盒Cayman Chemical#501320
血清ALT活性检测试剂盒LS-BioLS-K38-100
L-丙氨酸检测试剂盒Abcam83384
甘油三酯检测试剂盒StanBio2100-430
游离脂肪酸检测试剂盒Abcam65341
糖原检测试剂盒Cayman Chemicals700480
NCOR1抗体Cell Signaling5948S
NCOR2抗体Millipore Sigma06-891
HDAC3抗体Abcam76295
GR抗体Santa Cruz393232
p-GR抗体Thermo ScientificPA5-17668
CD36抗体Cell Signaling74002S
CIDEC抗体Abcam198204
PLIN2抗体Proteintech15294-1-AP
SCD1抗体Thermo ScientificPA5-17409
GAPDH抗体Cell Signaling2118S
TBP抗体Abcam63766
VINCULIN抗体Millipore SigmaV9264
抗兔IgG-HRPCell Signaling7074S
抗鼠IgG-HRPCell Signaling7076S
驴抗鼠IRDye 800CWLicor926-32212
RIPA裂解液----
Trizol试剂Invitrogen--
RNeasy Mini试剂盒Qiagen--
High-Capacity逆转录试剂盒Thermo Fisher Scientific--
SYBR Green染料Thermo Fisher Scientific--
QuantStudio 6 Flex实时荧光定量PCR仪Thermo Fisher Scientific--
NEBNext Ultra II DNA文库制备试剂盒NEB--
HNF4A抗体Thermo Fisher ScientificMA1-199
驴抗鼠AF647二抗----
ChemiDoc成像系统BioRad--
LICOR Odyssey Clx成像系统LICOR--
BioDAQ食物和饮水摄入监测系统Research Diets, Inc.--
Contour Next血糖仪----
Lactate Plus乳酸仪----
Precision Xtra血酮仪----
组织研磨器Qiagen--
探头超声破碎仪----

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
动物模型
小鼠品系(C57Bl/6J背景)、性别(雄性)、年龄(8-12周)、AAV8-TBG-Cre剂量(1.5 x 10^11 GC/小鼠)及注射途径(尾静脉)
阅读提示:Methods 'Animals' 部分
禁食实验
禁食时长(24小时)、禁食开始时间、是否重新喂食
阅读提示:Methods 'Fasting studies' 部分
地塞米松处理
剂量(1 mg/kg)、给药途径(腹腔注射)、时间(ZT8)、处理时长(2小时)
阅读提示:Methods 'Dexamethasone Administration' 部分
ATAC-seq
肝细胞核分离方法、HNF4A抗体克隆及浓度(1:100)、FACS分选目标细胞数(50,000)、ATAC-seq文库制备方法(Omni-ATAC)
阅读提示:Methods 'ATACseq' 部分
ChIP-seq
交联条件(1%甲醛,20分钟)、抗体(NCOR1 5ug,GR 2ug)、超声条件、文库制备试剂盒(NEBNext Ultra II)
阅读提示:Methods 'ChIPseq and ChIP-qPCR' 部分