Chrono-Bmal1通路对C2C12细胞糖代谢相关基因转录活性的影响
作者单位：北京体育大学
会议名称：《第十二届全国体育科学大会》
会议日期：2022年
学科分类：0403[教育学-体育学] 040302[教育学-运动人体科学(可授教育学、理学、医学学位)] 04[教育学]
关 键 词：生物钟 Chrono Bmal1 C2C12 糖代谢
摘 要：研究目的:生物节律,也称生物钟,是指生物的生命活动会随着近24小时的周期发生昼夜规律变化的现象。生物节律紊乱已成为诱发代谢紊乱疾病极其重要的因素之一,可极大地增加2型糖尿病等代谢性疾病的发生风险。哺乳动物的生物钟主要受到中枢和外周生物钟的调控,中枢生物钟位于下丘脑视交叉上核,主要控制睡眠-觉醒循环、体温及能量代谢等诸多生理活动的规律变化。外周生物钟广泛存在于哺乳动物外周组织器官中,如心脏、肝脏、脂肪、骨骼肌等。Bmal1（Brain and muscle ARNT-like protein 1）是核心生物钟分子,可与Clock（Circadian locomotor output cycles kaput）形成Bmal1-Clock异二聚体。它们作为转录因子与下游生物钟靶基因启动子上的E-box区域结合并促进其转录。Chrono（Computationally Highlighted Repressor Of Network Oscillator,也称Gm129,Ciart,C1orf51等）是近年新发现的生物钟基因,已有研究表明Chrono是Bmal1-Clock的靶基因,Chrono蛋白能够直接与转录因子Bmal1结合,并反馈性地抑制Bmal1-Clock转录活性,且Chrono过表达可以抑制Bmal1对其靶基因Per1的转录活性。因此,Chrono蛋白被认为是Bmal1的转录抑制因子,Chrono-Bmal1通路也是调控生物节律的重要通路。骨骼肌Bmal1可介导Sirtuin1（SIRT1,一种NAD+依赖性去乙酰化酶）调节骨骼肌胰岛素敏感性。此外,骨骼肌Bmal1特异性敲除,可显著下调己糖激酶（Hk2）、磷酸果糖激酶（Pfkm）、磷酸化酶激酶（Phkα1）等一系列糖代谢相关基因的m RNA表达,并呈现骨骼肌胰岛素依赖的葡萄糖摄取降低和糖耐量水平下降。由此可见,骨骼肌核心生物钟分子Bmal1不仅参与骨骼肌生物钟调节,而且也是调节骨骼肌糖代谢的重要分子。而Chrono作为Bmal1的转录抑制因子,Chrono-Bmal1通路除调控骨骼肌生物节律外是否也参与骨骼肌糖代谢的调控?目前国内外未见报道。因此,本研究采用骨骼肌C2C12成肌细胞实验,构建Chrono过表达质粒,探讨Chrono-Bmal1通路对C2C12细胞中糖代谢相关基因--己糖激酶2（Hk2）和葡萄糖转运蛋白4（Glut4）的转录调节作用。研究方法:构建Chrono过表达质粒,将Control、Chrono过表达质粒分别与携带有Hk2和Glut4基因启动子的双萤光素酶报告基因质粒共转染到C2C12细胞中。转染48小时后收集细胞,并提取细胞总RNA和蛋白。实时荧光定量PCR检测Chrono的m RNA表达;免疫共沉淀检测Chrono和Bmal1蛋白之间的结合作用;双萤光素酶报告基因试剂盒检测Bmal1对Hk2和Glut4基因的转录活性。采用SPSS软件对数据进行独立样本t检验,P0.05和P0.01分别代表具有显著性和非常显著性差异。研究结果:C2C12细胞转染Chrono过表达质粒后,与Control质粒相比,（1）Chrono mRNA表达显著提高了9.68倍（P0.01）;（2）免疫共沉淀结果显示Chrono蛋白与Bmal1蛋白的结合作用显著增加（P0.01）;（3）Bmal1对Hk2和Glut4基因的转录活性明显下降（P0.05）,Hk2和Glut4的m RNA表达也显著降低（P0.05或P0.01）。研究结论:C2C12细胞中Chrono过表达,可明显增加Chrono与Bmal1的蛋白结合作用,进而抑制Bmal1对其下游糖代谢重要靶基因Hk2和Glut4的转录活性。本研究表明Chrono-Bmal1通路不仅是调节骨骼肌生物节律的重要通路,可能也是介导骨骼肌糖代谢调节的重要通路。