《Cellular Signalling》：LncPRPD promotes porcine preadipocyte differentiation by inhibiting GLRX5 ubiquitination and suppressing the AMPK signaling pathway
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摘要肌内脂肪含量是影响猪肉品质的关键因素之一，其形成源于前脂肪细胞的分化与脂质积累。然而，猪体内肌内脂肪沉积的调控机制目前仍不甚明了。作为表观遗传调控因子，长非编码RNA在肌内脂肪沉积过程中起着重要作用。在本研究中，我们发现了一种可能参与猪肌内脂肪沉积的候选长非编码RNA——ln
摘要
肌内脂肪含量是影响猪肉品质的关键因素之一，其形成源于前脂肪细胞的分化与脂质积累。然而，猪体内肌内脂肪沉积的调控机制目前仍不甚明了。作为表观遗传调控因子，长非编码RNA在肌内脂肪沉积过程中起着重要作用。在本研究中，我们发现了一种可能参与猪肌内脂肪沉积的候选长非编码RNA——lncPRPD。该基因在肌内脂肪含量较高的猪只中表达水平较高，且能促进猪前脂肪细胞的分化。进一步在小鼠体内的实验也证实了它在促进脂肪生成中的作用。从机制上来看，lncPRPD会与谷氧还蛋白5结合，抑制其泛素化，从而提高该蛋白的稳定性，进而抑制AMPK信号通路，推动脂肪细胞分化。总之，本研究鉴定出一种新的长非编码RNA，明确了其在调控猪前脂肪细胞分化中的作用机制，为提升猪肉品质提供了潜在的遗传靶点。
引言
随着消费者对高质量食品需求的增加，猪肉的品质越来越受到重视。猪肉品质的评估通常包括pH值、肉色、大理石纹、肌内脂肪含量、滴水损失率、嫩度、多汁性以及风味等指标。其中，肌内脂肪含量是决定猪肉品质的最重要因素之一。一般认为，优质猪肉的肌内脂肪含量应在2%到3%之间，不过这一标准会因猪的品种、生长阶段、检测方法以及地区消费者的偏好而有所不同[1]、[2]、[3]、[4]。但目前大多数商业猪只的肌内脂肪含量都低于这一理想范围。因此，阐明肌内脂肪沉积的调控机制显得尤为重要。已有研究表明，遗传、营养和环境因素都会对肌内脂肪的沉积产生显著影响[5]、[6]，尤其是遗传层面的调控在肌内脂肪积累过程中起着关键作用。
脂肪组织的增长既源于脂肪细胞数量的增加，也源于其体积的增大。但由于出生后脂肪细胞的数量基本固定，猪只体内脂肪组织的扩张主要是由现有脂肪细胞体积的增大所导致的[7]。脂肪生成过程分为多个阶段：首先是从干细胞的增殖开始，随后细胞走向脂肪细胞的分化路径，最终完成终末分化[8]。因此，了解脂肪细胞分化过程中的调控机制对于研究脂肪生成具有重要意义。
长非编码RNA是一种长度超过200个核苷酸的RNA分子，这类分子大多不具备蛋白质编码功能[9]。它们通过与DNA、RNA和蛋白质相互作用，调控多种生物过程，包括细胞增殖、分化、凋亡以及代谢等[10]、[11]、[12]、[13]、[14]，因此成为非编码RNA研究领域的重点。越来越多的证据表明，长非编码RNA在调控肌内脂肪沉积方面发挥着重要作用[15]。有研究显示，长非编码RNA TUG1可通过中和miR-204来促进SIRT1的表达；同时它还能增强AMPK和乙酰辅酶A羧化酶的蛋白磷酸化，从而影响小鼠的脂肪沉积[16]。此外，lncMYOZ2能够将其母基因MYOZ2的启动子区域招募AHCY/DNMT1，进而调控MYOZ2的表达，推动猪前脂肪细胞的分化[17]。还有其他长非编码RNA，如lncRNA 332,443和lncSAMM50，也被证实通过不同的调控机制参与脂肪沉积过程[18]、[19]。不过与人类和小鼠相比，关于长非编码RNA调控猪肌内脂肪沉积的研究仍然相对较少。
泛素化修饰参与了真核生物的几乎所有生物过程，而泛素-蛋白酶体降解途径则是调控蛋白质表达水平的关键机制之一[20]。蛋白质的泛素化是一种常见的翻译后修饰形式，能够通过不同的细胞途径调控多种蛋白质底物[21]。已有研究表明，长非编码RNA可以通过介导蛋白质的泛素化来调控肿瘤发生与发展、糖酵解以及脂质代谢等生物过程[22]、[23]、[24]。目前，长非编码RNA在调控猪体内蛋白质泛素化方面的作用尚未得到充分研究。
在之前的研究中，我们从肌内脂肪含量极高或极低的莱芜猪身上采集背最长肌样本，并进行了全转录组测序[25]。通过差异长非编码RNA分析，我们筛选出了表达差异显著的候选长非编码RNA并进行了进一步研究。在此，我们发现了一种新的长非编码RNA——lncPRPD（意为“正向调控前脂肪细胞分化”），它能促进猪前脂肪细胞的分化。在小鼠体内的实验表明，注射了过表达lncPRPD的腺相关病毒的小鼠，其腹股沟处的脂肪体积和质量均显著增加，脂肪细胞也明显变大。从机制上看，lncPRPD会与谷氧还蛋白5结合，抑制其泛素化，提高该蛋白的稳定性，进而抑制AMPK信号通路，推动脂肪细胞分化。总体而言，这项研究为揭示长非编码RNA在提升猪肉品质中的调控机制提供了新的见解。
章节摘录
伦理声明
所有涉及活体的实验均经过了山东农业科学院动物科学 Veterinary Medicine研究所的动物实验伦理审查，并获得了批准，审批编号分别为IASVM-2024-006和IASVM-2024-024。
猪前脂肪细胞的分离与培养
所有猪前脂肪细胞均来自3日龄的杜洛克×大白×长白杂交公猪。我们采集了这些猪的背最长肌组织样本，并将其保存在含有2%抗生素和抗真菌剂的磷酸盐缓冲液中。
lncPRPD的鉴定、表达模式分析及亚细胞定位
我们的研究旨在找出与猪肌内脂肪沉积相关的功能长非编码RNA。我们对分为高肌内脂肪组和低肌内脂肪组的莱芜猪的背最长肌组织进行了全转录组测序，随后筛选出了差异表达的长非编码RNA。在所有被鉴定出的长非编码RNA中，TCONS_00030625（我们将其命名为lncPRPD，意为“正向调控前脂肪细胞分化”）的表达存在显著差异，且在肌内脂肪含量较高的猪只中表达水平非常高
讨论
肌内脂肪是决定猪肉品质的关键因素，指的是沉积在肌外膜、肌间膜和肌内膜内的脂肪组织[34]、[35]。肌内脂肪的沉积是一个复杂的生理过程，受到遗传和表观遗传调控网络的精细调控。近年来，高通量测序技术已经在脂肪组织中发现了大量长非编码RNA，但经过系统研究并明确功能的长非编码RNA数量仍然有限。
我们的
结论
本研究发现，lncPRPD会与谷氧还蛋白5结合，抑制其泛素化，同时协同调控AMPK信号通路，进而影响猪的脂肪沉积（见图7）。我们的研究提出了一种由长非编码RNA介导的脂肪生成调控新模型，为提升猪肉品质提供了重要的遗传靶点。
以下是与本文相关的补充数据。
. (A). 编码潜力预测结果。(B). 猪源标记基因的相对灰度值
CRediT作者贡献说明
李静轩：原文撰写、可视化分析、结果验证、研究探索。赵雪燕：实验资源提供、项目管理、研究构思。苏涛：结果验证、资金获取。王艳萍：结果验证、研究探索、数据整理。王吉英：原文修订与编辑、实验资源提供、项目管理、资金获取、研究构思。
资助情况
本研究得到了以下项目的资助：中国山东省重点研发计划（编号2022LZGC003、2022LZGC007）、山东省自然科学基金（编号ZR2022QC073、ZR2024QH048）、国家自然科学基金（编号82403313），以及山东省生猪产业技术体系创新项目（编号SDAIT-08-03）。
利益冲突声明
所有作者声明不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益关系或个人关联关系。
Jingxuan Li|Xueyan Zhao|Tao Su|Yanping Wang|Jiying Wang
中国山东省济南市250100，山东农业科学院动物科学 Veterinary Medicine研究所
