2020年5月4日,國際學術期刊Nature Metabolism在線發(fā)表了中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所丁秋蓉研究組的研究論文“MRG15 orchestrates rhythmic epigenomic remodeling and controls hepatic lipid metabolism”。該研究發(fā)現(xiàn)MRG15作為一個進化上保守的表觀調(diào)控因子在調(diào)控肝臟組織染色質(zhì)開放狀態(tài)和脂代謝基因轉錄活性的節(jié)律性振蕩中行使重要的分子開關作用。研究提示MRG15復合物在肝臟組織感應外界營養(yǎng)狀態(tài),并在營養(yǎng)豐富環(huán)境下進行有效能量儲存的過程中起重要作用。該研究為營養(yǎng)過剩環(huán)境下脂質(zhì)代謝紊亂導致的代謝性疾病提供了新的分子靶標。
地球自轉產(chǎn)生了晝夜交替,在長期的進化過程中,生物體產(chǎn)生了生物鐘節(jié)律系統(tǒng),使得行為和生理進程同步于光線的周期變化,以使能量的儲存和利用達到最優(yōu)狀態(tài)。前期研究發(fā)現(xiàn)全基因組范圍內(nèi)的染色質(zhì)開放和閉合,RNA聚合酶II的基因組結合和新生轉錄活性呈現(xiàn)明顯的晝夜節(jié)律。以肝臟為例,基因表達譜分析發(fā)現(xiàn)5-20%的基因在肝臟組織中存在24h的振蕩表達,且其中大多數(shù)基因?qū)Υx有重要調(diào)控作用,說明染色質(zhì)重塑層面的晝夜節(jié)律調(diào)控在外周代謝組織中(如肝臟)對代謝基因的整體轉錄調(diào)控,繼而能量的儲存和消耗平衡非常重要。而外周代謝組織如何感應外界營養(yǎng)狀態(tài)的節(jié)律性變化,并在染色質(zhì)重塑層面做出及時響應是代謝領域有待回答的基本問題。
MRG15是一個進化上非常保守的表觀調(diào)控因子,前期被發(fā)現(xiàn)參與調(diào)控細胞增殖、DNA修復和個體發(fā)育過程。雖然MRG15基因附近的基因組區(qū)域在人類遺傳學中被鑒定為心血管疾病易感區(qū)域,但尚缺乏針對MRG15在代謝中的功能研究。研究人員在系統(tǒng)檢測MRG15基因組結合位點時發(fā)現(xiàn),在肝臟組織中MRG15結合在多個重要脂代謝基因啟動子和增強子區(qū)域,并同時發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象:MRG15的基因組結合呈現(xiàn)明顯的節(jié)律性——在小鼠夜間進食狀態(tài)下,MRG15結合的基因組位點超過1萬個;而在白天非進食狀態(tài)下,MRG15的基因組結合位點只有57個;而改變進食時間能明顯改變MRG15基因組結合的節(jié)律性。進一步的研究發(fā)現(xiàn),MRG15與基因組的節(jié)律性結合可促進染色質(zhì)開放,增強RNA聚合酶II的基因組結合,提高基因轉錄活性;而在MRG15敲除的肝臟組織中,全基因組范圍內(nèi)Pol II基因組結合的節(jié)律性被明顯破壞,多個脂代謝基因表達顯著降低,提示MRG15在節(jié)律性染色質(zhì)重塑和脂代謝基因表達調(diào)控中起關鍵作用。
研究人員進一步針對導致MRG15節(jié)律性基因組結合上游機制進行了研究,初步發(fā)現(xiàn)肝臟核受體LRH-1(又名NR5A2)部分介導了MRG15在脂代謝基因轉錄調(diào)控區(qū)域的結合。LRH-1與MRG15存在蛋白相互作用,實驗結果顯示LRH-1的蛋白表達量以及LRH-1與MRG15的蛋白相互作用明顯受節(jié)律和上游營養(yǎng)信號調(diào)控,提示了一種經(jīng)由LRH-1調(diào)控MRG15基因組結合的上游營養(yǎng)感應機制。
當通過CRISPR技術在成體小鼠肝臟組織里敲除MRG15進而抑制這一過程后,小鼠能明顯抵抗高脂飲食導致的肝臟脂肪積累,改善代謝平衡。更有意思的是,F(xiàn)DA批準的藥物阿加曲班(argatroban)被發(fā)現(xiàn)可以高親和力結合MRG15,抑制MRG15的功能,從而有效抑制肝臟脂滴積累,提示MRG15是一個成藥性較強的分子靶點。綜上,此項研究揭示了肝臟細胞感應上游營養(yǎng)信號,并在染色質(zhì)重塑水平作出及時響應的一種傳導機制和其間關鍵銜接因子MRG15。
中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所韋余達、田程和趙永旭為該論文的共同第一作者,丁秋蓉研究員為論文通訊作者。這項工作得到了中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所應浩研究員、上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院劉峰博士和復旦大學于文強教授的大力幫助。該研究還得到了科技部、國家自然科學基金委及中國科學院等項目的資助,同時也得到了中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所公共技術平臺和動物平臺的支持。
原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s42255-020-0203-z

圖1. MRG15是調(diào)控肝臟節(jié)律性染色質(zhì)重塑和脂代謝基因表達的表觀分子開關。