合作發文 | 探究正常飲食下ClC-3缺陷鼠表觀遺傳學和轉錄組學的改變
2023-06-20 閱讀數：3740
隨著生活質量的提高，代謝性疾病的患病率逐漸上升。根據國際糖尿病聯合會（IDF）糖尿病地圖集，估計到2021年，5.37億人患有糖尿病，5.41億人患有糖耐量受損。葡萄糖代謝障礙已成為威脅人類生命、制約社會經濟發展的不可忽視的風險之一。因此，迫切需要尋找有效的分子靶點來重新平衡糖代謝功能障礙。
2023年5月23日，西安交通大學基礎醫學院與華銀康集團高通量測序技術平臺科研團隊聯合在Frontiers in Cell and Developmental Biology期刊發表題目為“Epigenetic and transcriptomic alterations in the ClC-3-deficient mice consuming a normal diet”的研究論文，采用轉錄組+簡甲基化測序（RRBS）聯合分析探究正常飲食下ClC-3缺陷鼠表觀遺傳學和轉錄組學的改變。
研究背景
代謝紊亂是一個嚴重威脅生命健康和社會負擔的重要問題。ClC-3作為電壓依賴性氯離子通道家族中的重要成員之一，其缺失可改善血糖代謝的異常表型和胰島素敏感性的損害，并可改善高脂肪飲食引起的肥胖和糖脂代謝紊亂的發展。因此，ClC-3可能是改善糖脂代謝功能障礙的潛在靶點。然而，健康飲食對ClC-3-/-小鼠轉錄組和表觀遺傳學的影響尚未有詳細的研究。
研究分組
野生型（ClC-3+/+）小鼠 VS 純合型（ClC-3-/-）小鼠
技術路線
研究結果和結論
1. 敲除ClC-3不影響ClC-3-/-小鼠的體重增加
從4-12周正常飼養ClC-3+/+小鼠 和ClC-3-/-小鼠，發現與4周齡的ClC-3+/+小鼠相比，ClC-3-/-小鼠明顯變小，而12周時兩組小鼠體重無差異，這表明正常飲食下敲除ClC-3基因小鼠的生長并未明顯減慢（圖1C-D）。與ClC-3+/+小鼠主要實質器官重量相比，ClC-3-/-小鼠內臟重量較輕，說明ClC-3-/-小鼠體重增加更多，這表明ClC-3-/-小鼠也可有效地轉化食物，進一步得到生長和發育（圖1E-F）。
圖 1
2. 敲除ClC-3會損害ClC-3-/-小鼠的葡萄糖耐量
正常飲食的小鼠在12周齡進行血脂分析，組間沒有顯著差異；而腹腔內糖耐量試驗表明，ClC-3缺失延遲了小鼠對血糖升高的反應，并增強了對血糖升高后降低血糖的效率（圖2）。
圖 2
3. ClC-3的缺失顯著影響糖脂代謝相關通路基因的轉錄表達
為研究ClC-3在正常飲食小鼠葡萄糖代謝中的作用，對3周齡的ClC-3+/+和ClC-3-/-小鼠的肝臟進行轉錄組測序。共鑒定出874個顯著差異的基因DEGs（圖3A）。通過富集KEGG通路分析所有的DEGs，發現糖脂代謝相關通路顯著聚集。因此，ClC-3缺失引起的糖耐量損害可能與糖代謝相關基因的轉錄改變有關。
圖 3
4. ClC-3的缺失改變了ClC-3 - / -小鼠的DNA甲基化水平
由于DNA甲基化是基因表達的調控者，通過RRBS分析DNA甲基化對ClC-3-/-小鼠肝臟中葡萄糖代謝相關基因的影響。統計組間甲基化胞嘧啶發生環境（圖4A）和發生位點（圖4B），并發現2540個差異甲基化區域DMRs（圖4C），通過進行KEGG通路的分析豐富了DMRs在CG背景下靶向的基因，其中葡萄糖代謝相關通路顯著豐富（圖4E），這意味著控制甲基化的ClC-3缺失相關基因是調節葡萄糖代謝的重要因素。
圖 4
5. ClC-3通過DNA甲基化參與糖代謝相關基因的表達
進一步探討DMR-錨定基因與DEGs之間的關系。DMR-錨定基因與DRGs之間有92個重疊基因（圖5A）。對KEGG富集分析發現，這些重疊基因與糖代謝相關的通路排在前20位（圖5B），Nos3、Pik3r1、Socs1和Acly聚集在II型糖尿病、胰島素抵抗和代謝途徑中（圖5D）。此外，Pik3r1和Acly的表達與DNA甲基化水平顯著相關，而Nos3和Socs1的表達與DNA甲基化水平不相關（圖5E）。這表明DNA甲基化是ClC-3調控糖代謝相關基因表達的途徑之一。
圖 5
總結
在本文中，研究人員發現ClC-3參與調節葡萄糖代謝，并與DNA甲基化修飾密切相關，影響葡萄糖代謝相關基因的表達，這些基因的表達水平可以通過個性化飲食干預進行改變。因此，通過分析差異表達基因和差異甲基化位點的重疊，確定了與II型糖尿病、胰島素抵抗和代謝途徑相關的基因，研究者指出，ClC-3可能是一個潛在的靶點，可以重新平衡不健康飲食引起的葡萄糖或脂質代謝功能障礙。
綜合來看，該篇研究不僅通過轉錄組測序揭示了ClC-3基因缺失對代謝的影響，還通過結合表觀組學的分析提供了對DNA甲基化和轉錄調控在這一過程中的作用更為深入的理解。表觀組學是研究生物體在基因組、轉錄組等水平上的表觀修飾的領域科學，這些修飾包括DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA等。在表觀組學研究中，測序技術扮演著至關重要的角色，通過測序分析可以揭示基因組和轉錄組的表觀修飾狀態及其在基因調控中的功能。華銀康目前推出了多款表觀組學產品促銷活動，為科研人員提供了高質量的測序解決方案。這些產品包括單細胞轉錄組測序、RNA 甲基化測序等，能夠幫助科研人員深入探索生物體的表觀遺傳學特征和調控機制。
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參考文獻
Jing Z, Zhang H, Wen Y, Cui S, Ren Y, Liu R, Duan S, Zhao W, Fan L. Epigenetic and transcriptomic alterations in the ClC-3-deficient mice consuming a normal diet. Front Cell Dev Biol. 2023 May 23;11:1196684. doi: 10.3389/fcell.2023.1196684. PMID: 37287451; PMCID: PMC10242048.
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