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脂滴结构蛋白Plin2通过线粒体代谢调控胚胎干细胞多能性的机制研究

批准号:
32070729
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
邬毅
学科分类:
细胞命运及重编程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
邬毅

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
代谢及细胞器重塑是细胞命运转变的关键步骤。近期研究表明脂类代谢在干细胞多能性调控中起着重要作用,但其作用机制仍不清楚,脂代谢及相关细胞器的调控模式有待深入研究。我们前期工作揭示脂代谢调控因子及细胞器膜组分磷脂调控干细胞多能性的关键作用(Science Advances 2019; Stem Cells 2016),进而发现脂代谢相关细胞器脂滴及其结构蛋白Plin2调控线粒体内脊及组蛋白乙酰化,并有助于维持多能性。由此我们推测脂滴与Plin2通过线粒体内脊及功能影响表观遗传与多能性。本项目拟在此基础上,深入研究脂滴在胚胎干细胞命运转变中的变化规律及调控模式,阐明脂滴及Plin2调控线粒体内脊和代谢的作用及机制,探索脂滴及Plin2通过线粒体代谢调控表观遗传的功能,从而在细胞器水平揭示脂代谢对干细胞多能性的调控作用及机制,为探索细胞命运转变的代谢调控提供重要思路。
英文摘要
Metabolic and organelle remodeling are critical for cell fate transitions. Recent studies have suggest important roles of lipid metabolism in stem cell pluripotency. However, their mechanisms of actions are still unclear, and the regulatory modes of lipid metabolism and associated organelles remain to be further studied. Our previous work revealed the critical roles of lipid metabolism regulators and phospholipids in regulating stem cell pluripotency (Science Advances 2019; Stem Cells 2016). Further, we found that lipid droplet and structural protein Plin2 regulate mitochondrial cristae and histone acetylation, facilitating pluripotency maintenance. Thus we speculated that Plin2-matained lipid droplets increase histone acetylation and promote pluripotency via mitochondrial cristae remodeling. In this project, we aim to reveal the rules and roles of lipid droplets during pluripotent stem cell fate decisions, elucidated the mechanism by which lipid droplet and Plin2 control mitochondrial cristae remodeling, and explored possible roles of lipid droplets and Plin2 on epigenetic regulation of pluripotency. This project will elucidate roles and mechanisms of lipid metabolism on stem cell pluripotency at the organelle level, and provide important insights into metabolic regulation of cell fate.
细胞器及代谢重塑是多能干细胞命运转变中的关键步骤,脂类及脂代谢相关细胞器在其中起着重要作用。然而,由于脂类分子及代谢途径的复杂性,细胞器重塑中的脂类转运模式及作用仍不清晰。本项目以胚胎干细胞多能性维持,Naïve-Primed多能性状态转变,多能性退出等体系为模型,研究脂滴及其结构蛋白Plin2的动态变化规律及作用机制。我们发现脂滴结构蛋白Plin2在干细胞多能性退出阶段起关键调控作用,通过影响中性脂水解速率调节干细胞的能量平衡和代谢状态。具Plin2蛋白降解受到分子伴侣自噬通路的调控,改变了细胞内的脂质代谢稳态。随着Plin2的降解,脂滴的减少引发了线粒体磷脂组分的改变,尤其是心磷脂和磷脂酰乙醇胺的减少,影响了线粒体脂肪酸氧化能力,降低了产生的乙酰辅酶A。乙酰辅酶A是多能性基因启动子上组蛋白的乙酰化修饰的关键调控因子。Plin2的降解通过改变脂质代谢和线粒体功能,影响了表观遗传修饰,进而促进了多能性的退出。此外,我们还发现Plin2的敲除显著降低了细胞内NAD+的水平,进而减少了Sirt1的活性。Plin2敲除导致的NAD+水平下降抑制了Sirt1的去乙酰化活性,从而导致AceCS1的乙酰化修饰水平增加。AceCS1是乙酰辅酶A合成的重要酶,其乙酰化修饰会降低其催化活性,从而抑制乙酸向乙酰辅酶A的转化。这一过程进一步加剧了干细胞多能性的退出,推动了细胞的分化过程。综上所述,本项目阐明了脂滴在多能性维持和转变中的动态变化及其调控模式,揭示了脂滴结构蛋白Plin2通过调控干细胞线粒体内脊的代谢,影响了细胞的表观遗传状态和多能性维持。通过这一系列的研究,我们不仅深入探讨了脂滴与线粒体代谢在干细胞多能性中的作用,还提出了细胞器代谢调控表观遗传的新概念和新模式。这些研究为进一步理解脂质代谢如何在干细胞命运转换中发挥关键作用提供了新的视角,并可能为再生医学及干细胞治疗策略的开发提供理论支持。
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