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为探究 circRNAs 调控牦牛肌内脂肪(IMF)沉积机制,研究人员发现 m6A 修饰的 circCDK14 可调节 IMF 沉积,为改善牦牛肉品质提供理论依据。
在青藏高原,牦牛可是当地居民生活的 “好帮手”,不仅能提供肉、奶、毛,还能帮忙运输。不过,牦牛的肉存在一个小问题,那就是肌内脂肪(Intramuscular Fat,IMF)含量较低,这使得牦牛肉的口感不够好,在市场上的吸引力也有所下降。IMF 是一种白色脂肪组织(White Adipose Tissue,WAT),它对牛肉的品质影响很大,其积累主要受肌内前脂肪细胞分化和成熟脂肪细胞脂质储存的影响 。所以,搞清楚牦牛肌内前脂肪细胞(Yak Intramuscular Preadipocytes,YIMAs)增殖和分化的机制,对提高牦牛肉的产量和品质至关重要。
近年来,一种名为环状 RNA(Circular RNAs,circRNAs)的内源性非编码 RNA 引起了科学家们的关注。circRNAs 在脂肪沉积等生理过程中发挥着重要作用,但在牦牛 IMF 沉积方面的研究还比较少。同时,N6- 甲基腺苷(m6A)修饰作为真核生物中最普遍的 RNA 修饰,对 circRNA 的功能也有着重要影响。此外,丝氨酸 / 精氨酸丰富的剪接因子 3(Serine/arginine-rich splicing factor 3,SRSF3)和核不均一核糖核蛋白 A1(Nuclear ribonucleoprotein A1,hnRNP A1)与 m6A 修饰密切相关,但它们与 m6A 修饰的 circRNAs 之间的关系还需要深入探索。
为了解开这些谜团,西南民族大学青藏高原动物遗传资源保护与利用四川省和教育部重点实验室的研究人员展开了一项研究。他们的研究成果发表在《Cellular & Molecular Biology Letters》上。该研究发现了一种新的 circRNA——circCDK14,它在牦牛 IMF 沉积中起着关键作用,这一发现为改善牦牛肉品质、推动牦牛分子育种发展提供了重要的理论依据。
在研究方法上,研究人员从四川阿坝藏族羌族自治州小金县采集了牦牛背最长肌组织样本。通过一系列实验技术,包括总 RNA 提取、逆转录和定量实时逆转录 PCR(qRT-PCR)、核质分离、油红 O 和 BODIPY 染色、细胞计数试剂盒 8(CCK-8)和 5 - 乙炔基 - 2'- 脱氧尿苷(EdU)检测、双荧光素酶报告基因检测、RNA 免疫沉淀(RIP)、甲基化 RNA 免疫沉淀(MeRIP)和蛋白质免疫印迹(Western blot)等,对相关指标进行检测和分析。
在研究结果部分,首先是 circCDK14 的特征分析。研究人员发现 circCDK14 来源于 CDK14 基因的第二外显子,长度为 249nt。经 RNase R 处理后,circCDK14 比 CDK14 更稳定,且在 YIMAs 分化过程中,circCDK14 与 PPARγ 的表达模式一致。核质分离实验表明 circCDK14 主要定位于细胞质,这暗示它可能作为竞争性内源性 RNA(ceRNA)发挥作用。
接着,研究人员探究了 circCDK14 对 YIMAs 增殖和分化的影响。体外实验显示,过表达 circCDK14 可促进 YIMAs 增殖,抑制其分化;而敲低 circCDK14 则产生相反的效果。CCK-8、EdU 检测以及相关基因表达分析都证实了这一点。同时,BODIPY 和油红 O 染色结果也表明,circCDK14 过表达减少了脂滴形成,敲低则促进脂滴积累。
circCDK14 对牦牛 IMF 沉积的调控机制也是研究重点。双荧光素酶报告基因检测发现 circCDK14 与 miR-4492-z 存在特异性相互作用。进一步实验表明,circCDK14 可通过靶向 miR-4492-z 调节 YIMAs 的增殖和分化,进而影响 IMF 沉积。此外,circCDK14 可能还存在不依赖 miR-4492-z 对 FBXO17 表达的调控关系,但具体机制有待进一步探索。
研究人员还研究了 miR-4492-z 对 YIMAs 的作用。实验表明,miR-4492-z 模拟物可促进 YIMAs 增殖和分化,而其抑制剂则起到抑制作用,这说明 miR-4492-z 在 YIMAs 的增殖和分化过程中发挥着重要作用。
最后,研究人员对 SRSF3 和 hnRNP A1 在 circCDK14 调控中的作用进行了探究。结果显示,SRSF3 通过 m6A 修饰促进 circCDK14 的核输出,敲低 SRSF3 会抑制 YIMAs 的增殖和分化;hnRNP A1 通过 m6A 甲基化促进 circCDK14 的核输出,且与 SRSF3 协同调节 circCDK14 的 m6A 修饰,hnRNP A1 过表达会抑制 YIMAs 的增殖和分化。
综合研究结论和讨论部分,该研究首次鉴定出 circCDK14 在牦牛 IMF 沉积中的关键作用。circCDK14 通过吸附 miR-4492-z 调节 IMF 沉积,SRSF3 和 hnRNP A1 协同促进 circCDK14 的核输出,增强其生物学功能。这一研究为深入了解牦牛脂质发育以及家畜细胞分化调控提供了新的视角。在实际应用方面,研究成果可用于开发促进 IMF 积累的药物或饲料添加剂、利用 circCDK14 作为分子标记辅助选育优质肉用家畜,以及通过遗传技术筛选高 circCDK14 表达个体,从而提高牦牛肉的品质和经济价值,推动畜牧业的发展。