SIRT3调控奶牛卵巢颗粒细胞高酮损伤的分子机制研究
批准号:
32102549
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
赵善江
依托单位:
学科分类:
畜禽繁殖学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵善江
中文摘要
酮病是高产奶牛围产期易发性疾病,在诱发奶牛减产的同时还损伤卵巢颗粒细胞,引起产后繁殖障碍,但损伤机制不明。申请人前期研究发现,酮病主要代谢产物β-羟基丁酸可引起颗粒细胞去乙酰化酶3(SIRT3)低表达,造成线粒体功能障碍,提示SIRT3可能通过影响线粒体功能调控酮病诱导的颗粒细胞损伤。本项目针对高酮造成颗粒细胞损伤这一科学问题,重点研究:①SIRT3在酮病奶牛颗粒细胞中的表达和定位以及对线粒体功能的影响;②构建敲降和过表达SIRT3的颗粒细胞模型,探究高酮应激下SIRT3对酮体代谢、激素合成和线粒体功能的调节作用;③激活PINK1-Parkin信号通路,解析高酮应激下SIRT3对线粒体自噬和凋亡的影响,以及与PINK1-Parkin信号通路的靶向关系。初步阐明SIRT3调控奶牛卵巢卵泡颗粒细胞高酮损伤的分子机制。预期研究结果将为研究开发缓解酮病奶牛低繁殖力的分子干预新技术提供理论支撑。
英文摘要
Ketosis is a common metabolic disease in high-yielding dairy herds during the perinatal period. It not only reduces lactation, but also damages ovarian granulosa cells (GCs), which ultimately caused postnatal reproductive disorders. However, the mechanism of ketosis-induced injury is still unclear. The results of our previous studies showed that β-hydroxybutyric acid (BHBA), the main metabolite of ketosis, led to a low expression of SIRT3 in GCs, and the mitochondrial function was also damaged. The results suggest that SIRT3 appears to regulate ketosis-induced GCs injury by affecting mitochondrial function. The present study aims at the important scientific issue of ketosis-induced GCs injury, focusing on: (1) the expression and localization of SIRT3 in GCs and effect of SIRT3 on mitochondrial function in cows with ketosis; (2) effect of SIRT3 on ketone metabolism, hormone synthesis and mitochondrial function under ketosis stress by constructing SIRT3 knockdown and overexpression models; (3) analyzing the influence of SIRT3 on mitochondrial autophagy and apoptosis under ketosis stress upon activation of PINK1-parkin signaling pathway, as well as the targeting relationship between them. The results will preliminarily illustrate the molecular mechanism of SIRT3 in mediating high ketone body-induced damage to GCs in dairy cattle. Furthermore, the findings will provide a theoretical basis for developing new technologies to alleviate ketosis-associated low fecundity in dairy herds.
酮病是围产期奶牛高发的一种营养代谢性疾病,长期影响奶牛的繁殖性能。酮病奶牛血液中以β-羟基丁酸(BHBA)会进入卵泡液影响卵泡的发育,继而导致酮病奶牛发情表现弱、产后第一次发情时间延长等一系列低繁殖力的表现。然而,卵泡液中高浓度的BHBA对卵泡颗粒细胞(GCs)的影响及其调控机制仍不清楚。因此,本研究首先基于RNA-seq技术初步探索了不同浓度BHBA应激状态下GCs的动态转录图谱;然后进一步利用分子生物学手段揭示了高浓度BHBA对奶牛卵泡GCs线粒体功能及凋亡的影响规律,主要研究内容如下:(1)本研究首先评估了0 mM、1.2 mM和2.4 mM的BHBA应激对奶牛卵泡GCs增殖和细胞周期的影响,结果发现BHBA应激导致GCs细胞周期阻滞在G1期,GCs增殖异常。(2)基于RNA-seq技术和趋势分析初步揭示了BHBA对牛卵泡GCs发育的调控机制。结果发现,所有的差异表达基因(Differential expression genes,DEGs)被聚类到8个不同表达趋势的表达谱(Profiles)中,其中profile 1和6中的DEGs对1.2 mM的BHBA已经有响应,profile 3和4中的DEGs在BHBA浓度达到2.4 mM时才有响应,profile 0和7中的DEGs对BHBA浓度增加有相同表达趋势。(3)通过GO和KEGG分别对这三种类型的DEGs进行功能富集分析,结果发现:低浓度的BHBA诱发了GCs的免疫反应并抑制了细胞周期,高浓度的BHBA则更易诱导GCs凋亡,而随着BHBA浓度的持续增加,GCs雌激素合成受阻,继而阻滞卵泡发育。(4)本研究进一步探究了2.4 mM BHBA导致牛卵泡GCs凋亡的机制。结果发现:2.4 mM的BHBA应激导致牛GCs 凋亡率、线粒体活性氧的水平显著升高。同时,我们发现2.4 mM BHBA应激导致线粒体功能障碍,包括GCs线粒体异常率增加,线粒体通透性转换孔开放,线粒体膜电位降低和Ca2+释放。值得注意的是,过表达线粒体去乙酰化酶Sirtuin 3(Sirt3)可以缓解BHBA诱导的GCs线粒体氧化应激和线粒体功能障碍,降低凋亡率。机制上,过表达Sirt3可通过AMPK-mTOR-Beclin-1通路增强卵泡GCs的自噬,缓解BHBA诱导的线粒体损伤。
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