Mechanistic Insights into Aryl Hydrocarbon Receptor Regulation of Fibroblast Growth Factor 21 and its Influence on Systemic Energy Metabolism

摘要 这个项目的长期目标是获得关于芳基作用的基本知识 碳氢化合物受体（AHR）在能量代谢中的作用，并更好地了解 代谢性疾病 AHR是一种配体激活的转录因子，通过位点调控基因表达 特异性DNA结合。 最近的数据表明，AHR参与了代谢产物的转录调节。 激素成纤维细胞生长因子21（FGF 21）。 FGF 21从肝脏分泌，并促进产热性 棕色脂肪组织--在白色脂肪沉积物中的类脂肪表型。各种模型中的外源性FGF 21给药 肥胖症的预防和治疗一贯导致体重增加和脂肪沉积减少。 我以前的数据表明， 几种不同转录因子对Fgf 21基因表达的激活作用， AHR激动剂，但其机制尚不清楚。自从最初提交以来，我已经生成了数据， 证明AHR损失促进体重减轻、肝细胞FGF 21输出和棕色脂肪的形成。 性腺周围白色脂肪组织（gWAT）中的组织-脂肪样表型。利用肝细胞靶向AHR-bFGF 21 在双敲除（DKO）小鼠模型中，我进一步表明这种表型依赖于FGF 21表达。 初步数据表明，AHR损失通过减轻体重来防止高脂饮食（HFD）的挑战 增益和肥胖。所提出的研究的基本假设是，AHR损失释放组成 Fgf 21转录的AHR-β依赖性抑制以防止HFD-β诱导的肥胖。 为了验证这一 假设，提出了两个具体目标。 第一个具体目标将描述AHR缺失如何能够 通过增加肝细胞FGF 21的产生来保护免受高脂饮食的挑战， 将AHR表达重新引入AHR-1缺陷小鼠和FGF 21的复杂体内方法 在DKO小鼠中表达。 具体目标二将询问AHR调节的机制 天然染色质环境中的fgf 21转录。 染色质免疫沉淀及其研究进展 CRISPR/Cas9基因编辑技术将用于这一目标，以协调AHR激动剂-β-内酰胺酶驱动的变化， Fgf 21基因表达与Fgf 21启动子内三个特异性DRE处的时间AHR结合事件。 成功完成拟议的研究将提供一个全面的评估， 调节肝脏Fgf 21表达，有助于培养对AHR在肝纤维化中作用的更好分子理解。 能量稳态，并可能确定AHR作为一个潜在的“药物”的发展目标， 针对代谢性疾病的治疗性治疗。 符合申请人的职业发展 目标，拟议的创新实验和指导培训计划是量身定制的，以提供培训， 先进的技术，并协助过渡到独立。

ABSTRACT     The  long-­term  objectives  of  this  project  are  to  acquire  fundamental  knowledge  about  the  role  of  aryl  hydrocarbon receptor (AHR) in energy metabolism and to better understand the mechanistic underpinnings of  metabolic  disease.  The  AHR  is  a  ligand-­activated  transcription  factor  that  regulates  gene  expression  via  site-­ specific  DNA  binding.  Recent  data  have  implicated  the  AHR  in  transcriptional  modulation  of  the  metabolic  hormone  fibroblast  growth  factor  21  (FGF21).  FGF21  is  secreted  from  the  liver  and  promotes  a  thermogenic  brown adipose tissue-­like phenotype in white fat deposits. Exogenous FGF21 administration in various models  of  obesity  consistently  results  in  reduced  weight  gain  and  fat  deposition.  My  previous  data  indicate  that  the  activation of Fgf21 gene expression by several different transcription factors is attenuated with pre-­exposure to  AHR agonist, but the mechanism for this is unclear. Since the original submission, I have generated data that  demonstrate AHR loss promotes weight loss, hepatocyte FGF21 output, and the formation of a brown adipose  tissue-­like phenotype in perigonadal white adipose tissue (gWAT). Utilizing a hepatocyte-­targeted AHR-­FGF21  double knockout (DKO) mouse model, I further show that this phenotype is dependent upon FGF21 expression.  Preliminary  data  indicate  that  AHR  loss  protects  against  a  high-­fat  diet  (HFD)  challenge  by  reducing  weight  gain and adiposity. The underlying hypothesis of the proposed research is that AHR loss releases constitutive  AHR-­dependent  suppression  of  Fgf21  transcription  to  protect  against  HFD-­induced  obesity.  To  test  this  hypothesis,  two  specific  aims  are  proposed.  The  first  specific  aim  will  characterize  how  AHR  deletion  can  protect  against  high-­fat  dietary  challenge  through  increased  hepatocyte  FGF21  production,  and  employs  a  sophisticated  in  vivo  methodology  to  reintroduce  AHR  expression  into  AHR-­deficient  mice  and  FGF21  expression  into  DKO  mice.  Specific  aim  two  will  interrogate  the  mechanism  via  which  the  AHR  modulates  Fgf21  transcription  within  a  native  chromatin  setting.  Chromatin  immunoprecipitations  and  state-­of-­the-­art  CRISPR/Cas9  gene-­editing  techniques  will  be  used  in  this  aim  to  reconcile  AHR  agonist-­driven  changes  in  Fgf21  gene  expression  with  temporal  AHR  binding  events  at  three  specific  DREs  within  the  Fgf21  promoter.  Successful  completion  of  the  proposed  studies  will  provide  a  comprehensive  assessment  of  how  the  AHR  modulates hepatic Fgf21 expression, help cultivate a better molecular understanding of the role of the AHR in  energy  homeostasis,  and  may  identify  the  AHR  as  a  potential  ‘druggable’  target  in  the  development  of  therapeutic  treatments  against  metabolic  disease.  Consistent  with  the  applicant’s  career  development  objectives,  the  proposed  innovative  experiments  and  mentored  training  plan  are  tailored  to  provide  training  in  sophisticated techniques and to aid in the transition to independence.