高营养胁迫下，胰岛β细胞线粒体蛋白乙酰化抑制胰岛素分泌

景杰生物/报道

胰岛β细胞分泌的胰岛素对于维持机体代谢稳态非常重要。葡萄糖刺激条件下胰岛素分泌能力的丧失是II型糖尿病的主要诱因之一。已经有很多针对II型糖尿病胰岛β细胞功能紊乱进行的早期探究，但仍然还有很多未知领域有待进一步探索。

乙酰化是最常见的酰化修饰类型，广泛运用于表观遗传、代谢疾病、肿瘤发生等。近日，著名学术期刊Cell Report上发表的一项研究，针对一类重要的线粒体蛋白去乙酰化酶SIRT3所介导的乙酰修饰蛋白组的改变以及对应的代谢功能进行研究，发现高脂高蔗糖食物(HFHS)条件下敲除SIRT3会抑制胰岛素分泌。实验结果提示我们SIRT3参与的线粒体乙酰蛋白组的改变可能对于临床上糖尿病等代谢疾病的诊断和治疗提供指导意义。

研究对象：线粒体蛋白去乙酰化酶SIRT3

疾病：糖尿病等代谢疾病

样本：小鼠细胞

方法：高通量乙酰化修饰组

期刊：Cell Report

影响因子：8.032

1研究速读

1. 敲除以及过表达外源SIRT3稳定细胞系的建立和验证

作者构建了敲除以及过外源表达SIRT3的稳定细胞系，来探究SIRT3水平对线粒体乙酰化修饰组和胰岛功能以及代谢水平的影响。Western Blotting检测结果显示SIRT3敲除效果和外源表达效果都很好。

 图1 敲除以及过表达外源SIRT3稳定细胞系的建立和验证

2. 线粒体乙酰化蛋白水平的差异对胰岛素分泌无显著影响

接下来作者利用构建的稳定细胞系去探究乙酰化水平的改变以及其对胰岛素分泌的影响。研究结果显示，SIRT3敲低显著升高线粒体蛋白乙酰化水平，但是线粒体蛋白乙酰化水平的改变却不影响胰岛素的分泌。

图2 线粒体乙酰化蛋白水平的差异对胰岛素分泌无显著影

3. SIRT3靶向的β细胞乙酰蛋白组主要在葡萄糖，丙酮酸和脂肪酸代谢通路上有显著差异

为了进一步探究前期现象的背后机制，作者运用蛋白质组学去寻找具有不同SIRT3活性的β细胞中赖氨酸乙酰化水平差异的蛋白。首先作者从WT(野生型),KO(敲除),HY(外源失活突变体)细胞系中富集线粒体，然后利用TMT标记的定量乙酰化蛋白质组学进行实验。进一步对质谱结果进行生信分析，作者找到了一些SIRT3靶向的代谢通路，包括脂肪酸氧化，TCA循环，电子传递链以及蛋白质质控和清除ROS。

图3 SIRT3靶向的β细胞乙酰蛋白组所参与的代谢通路

4. 高脂高蔗糖饮食条件下SIRT3敲除能改变胰岛素的分泌

基于上述研究结果，作者选择高脂高蔗糖饮食处理对结果进行验证。实验结果显示相比标准饮食(STD)条件，在高脂高蔗糖饮食(HFHS)条件下，敲除SIRT3能减少胰岛素的分泌。

 图4 STD和HFHS 饮食条件下SIRT3敲除对胰岛功能的影响

2小结

本文作者运用高通量乙酰化修饰组学技术，结合CRISPR/Cas9技术在β细胞中改变SIRT3的表达，发现SIRT3介导一系列代谢酶乙酰化水平的改变，进而调控葡萄糖，丙酮酸和脂肪酸代谢通路。SIRT3敲除在高脂高蔗糖饮食条件下会引起胰岛素分泌微弱的减少。提示我们SIRT3参与的线粒体乙酰蛋白组的改变可能对于临床上糖尿病等代谢疾病的诊断和治疗提供指导意义。

参考文献：

Brett S. Peterson, et al. (2018), Remodeling of the Acetylproteome by SIRT3 Manipulation Fails to Affect Insulin Secretion or β Cell Metabolism in the Absence of Overnutrition. Cell Reports.

乙酰化

代谢病

行业精选

精准医学与蛋白组学

海量文献解读

行业前沿报导

关注/投稿

随时享受科技服务