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Découvrir le mécanisme de l'Ucp1 lié à la MTD et à l'obésité-tow-int

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Tow-Int Tech aide à découvrir le mécanisme de régulation de la protéine de découplage 1 (Ucp1) dans le tissu adipeux brun (BAT), fournissant des cibles potentielles pour le traitement de l'obésité et des maladies métaboliques.

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Récemment, des chercheurs tels que Duo Su et Tingting Jiang ont étudié le mécanisme de régulation du gène Ucp1 dans le tissu adipeux brun (BAT). Grâce à diverses méthodes expérimentales, ils ont identifié l'amplificateur distal du gène Ucp1, analysé ses effets sur la thermogenèse et la fonction mitochondriale et publié un article de recherche intitulé "Identification of a distal enhancer of Ucp1 essential for thermogenesis and mitochondrial function in brown fat" (Identification d'un amplificateur distal du gène Ucp1 essentiel pour la thermogenèse et la fonction mitochondriale dans le tissu adipeux brun) dans la revue Communications Biology under Nature. Cette étude fournit de nouvelles cibles pour le traitement de l'obésité et des maladies métaboliques connexes.

1. Contexte de la recherche

Le tissu adipeux brun (BAT) régule la température corporelle par la thermogenèse sans frissons, et la protéine de découplage 1 (Ucp1) est une protéine clé dans ce processus. La structure tridimensionnelle du génome est cruciale pour l'expression des gènes, et les enhancers peuvent réguler l'expression des gènes. Cependant, le mécanisme de régulation de l'Ucp1 par l'enhancer n'est toujours pas clair.

2. Méthodes expérimentales

2.1 Analyse 4C - seq : Réaliser des expériences 4C - seq sur le tissu adipeux brun interscapulaire (iBAT) et le tissu adipeux blanc épididymaire (eWAT) de souris afin d'analyser les interactions chromatiniennes de l'Ucp1 et de déterminer les sites d'interaction fiables et les sites d'interaction différentiels.

2.2 Identification des activateurs : Analyser les activateurs potentiels d'Ucp1 en combinant des ensembles de données publiques. Vérifier leurs activités par des essais de report de la luciférase, et analyser les modifications des histones et les interactions chromatiniennes dans les régions de l'enhancer.

2.3 Études fonctionnelles : Utiliser le système CRISPR - dCas9 - KRAB pour inhiber les enhancers et détecter des indicateurs tels que l'expression de l'Ucp1, la fonction mitochondriale et le métabolisme des lipides. Étudier les effets régulateurs des protéines et facteurs apparentés sur les enhancers par des méthodes telles que l'interférence ARN et la ChIP - qPCR. In vivo, inhiber l'enhancer Ucp1 dans l'iBAT par injection de lentivirus et observer les effets sur la température corporelle de la souris, le métabolisme énergétique et la fonction mitochondriale.

Par des méthodes telles que l'interférence ARN (knockdown de RAD21 par siRNA) et la 3C - qPCR, étudier l'effet régulateur de la boucle chromatinienne médiée par la cohésine sur l'interaction entre Ucp1 - En4 et le promoteur de Ucp1. L'analyse des données Hi - C montre que les deux sont situés dans le même TAD. Après l'abaissement du RAD21, la force d'interaction entre Ucp1 - En4 et le promoteur de Ucp1 diminue, et l'expression de Ucp1 diminue également de manière significative, ce qui indique que la cohésine est cruciale pour cette interaction et la régulation de l'expression de Ucp1.

Utilisez des méthodes telles que ChIP - qPCR pour étudier les effets régulateurs de EBF2 et CBP sur l'activité de l'enhancer Ucp1 - En4. Les analyses DNA pull - down et ChIP - seq ont permis d'identifier les facteurs de transcription qui se lient à Ucp1 - En4. Les analyses ChIP - qPCR ont vérifié la liaison de EBF2 et CBP et leurs effets sur le niveau de H3K27ac. Les tests de la luciférase ont montré que les deux facteurs augmentent de manière synergique l'activité transcriptionnelle de Ucp1 - En4, et que ce mécanisme de régulation est conservé chez la souris et l'homme.

Présente les résultats expérimentaux de l'inhibition de Ucp1 - En4 dans l'iBAT in vivo. La microscopie à immunofluorescence a confirmé la réussite de l'infection par lentivirus. La qRT-PCR et le Western blot ont été utilisés pour détecter les changements d'expression de l'Ucp1 et des gènes liés à la lipogenèse. Des études métaboliques et l'imagerie infrarouge ont été utilisées pour analyser des indicateurs tels que la consommation d'oxygène de la souris, la thermogenèse et la température corporelle. Il a été constaté que l'inhibition de Ucp1 - En4 affecte la thermogenèse iBAT mais n'affecte pas la consommation d'énergie du corps entier. La microscopie électronique à transmission et la qPCR ont été utilisées pour détecter la morphologie et la fonction mitochondriales, indiquant que la fonction mitochondriale est altérée dans des conditions d'adaptation au froid.

3. Résultats expérimentaux

3.1 Caractéristiques du paysage des interactions chromatiniennes de l'Ucp1 : Il existe des différences dans les interactions chromatiniennes de l'Ucp1 entre iBAT et eWAT. Il y a plus de sites d'interaction dans l'iBAT, et certains sites sont régulés à la hausse dans l'iBAT. Quatre enhancers actifs Ucp1 spécifiques à l'iBAT ont été identifiés, dont trois sont activés par la stimulation par le froid.

3.2 Vérification fonctionnelle des enhancers : Ucp1 - En4 et Ucp1 - En6 peuvent réguler l'expression d'Ucp1 dans les adipocytes bruns. L'inhibition de ces deux enhancers réduit l'expression de Ucp1, affecte la fonction mitochondriale, conduit à une augmentation de la taille des gouttelettes lipidiques et à une augmentation de l'expression des gènes liés à la lipogenèse.

3.3 Mécanisme de régulation : L'interaction entre Ucp1 - En4 et le promoteur de Ucp1 est régulée par une boucle chromatinienne médiée par la cohésine, et la sous-unité RAD21 est impliquée. EBF2 et CBP régulent en synergie l'activité de Ucp1 - En4, et ce mécanisme est conservé chez la souris et l'homme.

3.4 Résultats expérimentaux in vivo : L'inhibition de l'Ucp1 - En dans l'iBAT in vivo réduit l'expression de l'Ucp1, affecte la capacité thermogénique et la fonction mitochondriale de l'iBAT, et diminue la température corporelle des souris, mais n'affecte pas la consommation d'énergie de l'ensemble du corps.

4. Importance de la recherche

Cette étude révèle le mécanisme de régulation de l'Ucp1 dans la MTD, identifie les activateurs clés, fournit des cibles potentielles pour le traitement de l'obésité et des maladies métaboliques, et approfondit notre compréhension du mécanisme moléculaire de la thermogenèse dans la graisse brune.

5. Instruments expérimentaux utilisés dans l'expérience

5.1 Plate-forme de séquençage à haut débit : Séquence la bibliothèque 4C - seq pour analyser les interactions chromatiniennes d'Ucp1 dans l'iBAT et l'eWAT, déterminer ses sites d'interaction et ses différences, etc.

5.2 Luminomètre pour microplaques : Il mesure l'activité de la luciférase et joue un rôle dans l'expérience pour évaluer l'activité des activateurs potentiels de l'Ucp1. L'efficacité de l'activateur est jugée par la détection de l'activité de la luciférase.

5.3 Instrument de PCR quantitative par fluorescence en temps réel : Réalise des expériences de PCR en temps réel pour détecter les niveaux d'expression des gènes, comme l'expression de Ucp1, Rad21 et des gènes liés à la lipogenèse (Acly, Acaca, Fasn), etc., afin d'analyser les effets des facteurs connexes sur l'expression des gènes.

5.4 Logiciel de traitement et d'analyse d'images : Observation des échantillons iBAT par microscopie électronique à transmission pour détecter la morphologie et la structure des mitochondries. Il a été constaté qu'après l'inhibition de Ucp1 - En4, dans des conditions spécifiques, les mitochondries étaient gonflées et les cristaux irréguliers, ce qui indique une altération de la fonction mitochondriale.

5.5 Microscope électronique à transmission : Réalise l'imagerie par fluorescence des animaux. Après l'infection des souris par le lentivirus, il observe l'infection et l'expression du virus dans l'iBAT pour confirmer l'efficacité de l'opération expérimentale.

5.6 Système de surveillance du métabolisme énergétique des animaux (modèle Tow-Int Tech : EM - 8M - WA) Mesure le métabolisme énergétique de l'ensemble du corps des souris, y compris des indicateurs tels que la consommation d'oxygène (VO₂) et la thermogenèse, afin d'étudier l'impact de l'Ucp1 - En4 sur le métabolisme énergétique global des souris.

5.7 Caméra thermique à infrarouge : Elle obtient des images thermiques des souris et les analyse à l'aide d'un logiciel pour détecter les changements de température corporelle des souris. Il a été constaté qu'après l'inhibition de Ucp1 - En4, la température de la peau du dos et la température rectale des souris diminuaient, ce qui indique son impact sur la régulation de la température corporelle.

6. Un système de métabolisme énergétique animal (Tow-Int Tech) est utilisé dans l'étude.

Il permet de mesurer le métabolisme énergétique de l'ensemble du corps des souris, y compris les paramètres métaboliques tels que la consommation d'oxygène (VO₂), la production de dioxyde de carbone (VCO₂), le rapport d'échange respiratoire, la consommation de nourriture et d'eau. Il peut surveiller les souris pendant une longue période dans leur état actif naturel.

Méthodes expérimentales

Placer les souris dans des cages métaboliques dans une pièce dont la température et l'humidité sont contrôlées. La température de la pièce est réglée à 4°C ou 30°C, l'humidité relative est de 50 % et le cycle lumière/obscurité est de 12 heures. Avant la surveillance, les souris doivent être acclimatées dans les cages métaboliques pendant 24 heures. Après l'acclimatation, utilisez le système de surveillance du métabolisme animal pour mesurer la consommation d'oxygène et les données de thermogenèse des souris afin d'évaluer l'état du métabolisme énergétique des souris dans différentes conditions et d'étudier ainsi l'impact des gènes connexes ou des activateurs sur le métabolisme énergétique des souris. Par exemple, lors de l'étude de l'impact de Ucp1 - En4 sur le métabolisme énergétique de l'ensemble du corps des souris, il convient d'observer si les indicateurs du métabolisme énergétique des souris changent après l'inhibition de Ucp1 - En4 par le biais de ce système.

Référence

Su, D., Jiang, T., Song, Y. et al. Identification of a distal enhancer of Ucp1 essential for thermogenesis and mitochondrial function in brown fat. *Commun Biol* 8, 31 (2025). https://doi.org/10.1038/s42003 - 025 - 07468 - 3

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