泛在钙蛋白酶在脂肪细胞分化中展现动态特异性功能与表观遗传调控机制

为解决脂肪组织稳态失衡导致的代谢紊乱问题，研究人员开展钙蛋白酶(CAPN1/CAPN2)在3T3-L1前脂肪细胞分化中时空特异性功能研究。通过亚细胞定位、活性分析和基因沉默技术，首次揭示CAPN1通过剪切组蛋白H3-N端调控有丝分裂克隆扩张(MCE)向早期分化(ED)转变，为肥胖相关疾病提供新治疗靶点。

　　

脂肪组织作为能量代谢的核心器官，其功能异常与肥胖、糖尿病等重大健康问题密切相关。在脂肪细胞分化过程中，前脂肪细胞需要经历生长停滞(GA)、有丝分裂克隆扩张(MCE)和终末分化(TD)等精密调控阶段，其中MCE阶段的异常会导致分化阻滞。尽管钙蛋白酶家族(CAPNs)作为钙依赖性半胱氨酸蛋白酶已被发现参与该过程，但两种泛在亚型CAPN1和CAPN2的时空特异性功能仍如"黑箱"，特别是其在表观遗传调控中的作用机制更是未知领域。

西班牙瓦伦西亚大学医学研究中心(Unidad Central de Investigación de Medicina, Universitat de Valencia)的研究团队在《Archives of Biochemistry and Biophysics》发表的重要研究，通过多维度技术手段揭示了CAPN1/CAPN2在3T3-L1前脂肪细胞分化中的动态图谱。研究采用亚细胞分级分离技术追踪蛋白定位，通过Nt/Ct-CAPN1比值和CAPNS1蛋白水解分析酶活动态，结合siRNA基因沉默、流式细胞术检测细胞周期，并创新性运用邻近连接技术(PLA)证实CAPN1与组蛋白H3-N端的直接互作。

相特异性表达与活性动态
研究发现两种亚型在MDIR激素诱导下呈现渐进式上调，MCE-ED过渡期Nt/Ct-CAPN1比值显著降低提示早期激活。值得注意的是，内源性抑制剂calpastatin(CAST)在终末分化期(TD)才显著增加，形成精确的"活性时间窗"调控。

亚细胞重分布特征
免疫荧光显示CAPN1在MCE期形成独特的核内聚集体，而CAPN2主要呈弥散核质分布。Western blot证实CAPN1核转位始于MCE期，与后续发现的表观遗传调控功能高度吻合。

MCE-ED过渡调控机制
基因沉默实验表明，CAPN1或CAPN2缺失均导致S期细胞滞留（增加2倍）和p53水平升高，阻碍C/EBPα表达。这颠覆了既往"钙蛋白酶仅调控MCE入口"的认知，首次证实其主导MCE出口转换。

表观遗传调控新机制
研究通过PLA技术捕捉到CAPN1与组蛋白H3-N端在MCE期的特异性互作，而抑制剂处理可完全阻断H3剪切。免疫荧光垂直剖面分析显示MCE期N端/C端H3信号分离，提示CAPN1介导的H3剪切是启动分化程序的关键表观遗传标记。

这项研究构建了钙蛋白酶调控脂肪细胞分化的全新范式：CAPN1通过核转位形成功能聚集体，在MCE期剪切组蛋白H3-N端启动染色质重塑；而CAPN2可能协同调控S期退出。该发现不仅解释了不同前脂肪细胞模型的分化差异（如ST-13细胞不依赖MCE），更重要的是为开发靶向CAPN1特异性抑制剂治疗代谢综合征提供理论依据。研究揭示的"蛋白酶-表观遗传"交叉调控机制，为理解细胞命运决定提供了新的研究方向。