冷，會改變脂肪細(xì)胞的表觀遺傳特性

作者:    信息來源:    發(fā)布時間: 2018-05-24

一項關(guān)于脂肪細(xì)胞的新研究，發(fā)現(xiàn)了通過控制生活方式和外部環(huán)境影響基因表達(dá)的分子機制。該機制包括了下一代藥物研究的潛在靶標(biāo)，以治療包括糖尿病和肥胖在內(nèi)的代謝疾病。這項研究近日已發(fā)表在《Nature Communications》上。

研究人員追蹤了長時間曝露于寒冷溫度中時表觀基因組發(fā)生的變化，以及這些變化如何使得存儲能量的白色脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)生熱量的褐色脂肪細(xì)胞。

日本東京大學(xué)和東北大學(xué)的代謝表觀遺傳學(xué)家Juro Sakai教授說：“我們認(rèn)為，這是首次收集到數(shù)據(jù)證明環(huán)境刺激與表觀遺傳變化之間存在兩個步驟。”

基因表達(dá)受到表觀遺傳的調(diào)節(jié)，表觀遺傳指的是在基因序列“之上”的化學(xué)信號模式。個體的基因序列在受孕時就確定了，但是外部環(huán)境因素和個人的生活方式會在一生中持續(xù)改變表觀遺傳序列，從而持續(xù)地改變著基因表達(dá)的方式?？茖W(xué)界長期以來一直推測細(xì)胞內(nèi)部可能存在一種逐步的過程來控制外部環(huán)境對表觀基因組的影響，但是之前并沒有研究發(fā)現(xiàn)確切的分子機制。

顫抖能通過加熱肌肉在短時間內(nèi)使身體產(chǎn)生熱量，但是生熱作用是褐色脂肪細(xì)胞利用脂肪產(chǎn)生熱量來使身體長期保持溫暖的一個化學(xué)過程。褐色脂肪被認(rèn)為是健康脂肪，它與白色脂肪不同，過多的白色脂肪被認(rèn)為與多種代謝疾病相關(guān)。

當(dāng)生物體長期處于寒冷環(huán)境中時，交感神經(jīng)系統(tǒng)會通過釋放腎上腺素的方式進行反應(yīng)。如果低溫持續(xù)，這些腎上腺素信號最終會到達(dá)白色脂肪細(xì)胞。環(huán)境表觀遺傳控制過程的第一步是，細(xì)胞啟動名為JMJD1A蛋白質(zhì)中的一個氨基酸發(fā)生特定的變化，改變后的JMJD1A蛋白質(zhì)會募集其他的蛋白質(zhì)。在第二步中，JMJD1A蛋白質(zhì)復(fù)合體被啟動生熱作用的基因利用，并改變表觀遺傳模式使它們變得活躍。這些表觀遺傳變化會將白色脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)化成“米色脂肪細(xì)胞”。這種脂肪細(xì)胞能表現(xiàn)出像褐色脂肪細(xì)胞一樣完成生熱作用。

米色脂肪細(xì)胞增多，白色脂肪細(xì)胞減少能夠減輕代謝疾?。ū热缣悄虿『头逝郑┑陌Y狀或負(fù)面健康影響。盡管將白色脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槊咨炯?xì)胞并增強生熱作用是應(yīng)對長期寒冷環(huán)境的一種與腎上腺素相關(guān)的自然應(yīng)激反應(yīng)，但是研究人員稱，這種白-米色脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)化的過程可以不需要腎上腺素和寒冷的壓力。

Sakai說：“理解環(huán)境如何影響代謝對于科學(xué)、藥理學(xué)和醫(yī)學(xué)都非常重要。我們接下來的實驗將進一步研究生熱作用信號通路中的表觀遺傳變化，從而使得我們能控制這一過程。”

目前的代謝疾病藥物主要依賴于流經(jīng)全身的激素和靶向整個蛋白質(zhì)的藥物。Sakai的研究團隊認(rèn)為，在未來，我們可以通過靶向單一氨基酸的方式來治療代謝疾病。

JMJD1A蛋白質(zhì)還參與到很多其他的過程中，包括癌癥、不孕不育、干細(xì)胞再生以及胚胎性別決定等。然而，Sakai的研究團隊發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)序列中的位點對于控制蛋白質(zhì)的不同活性來說具有極高的特異性，控制這些特定的氨基酸或許能夠提供精確的藥物靶點。

這項研究使用了小鼠細(xì)胞。對人類來說，長期寒冷可以指經(jīng)常在4℃以下的環(huán)境。除了生活在寒冷環(huán)境中以外，褐色脂肪生熱作用對于新生兒來說也是非常重要的，因為他們在子宮中的溫度是37℃，但是普通的室溫卻是23℃。

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