美國德克薩斯大學安德森癌癥研究中心Farhad R. Danesh教授主要從事腎臟病理的基礎與臨床研究。近期，其實驗室通過Arraystar RNA-seq發現lncRNA分子——Tug1在糖尿病小鼠體內低表達。表達譜芯片及Arraystar CHIRP-seq等證明，Tug1能夠直接結合PGC-1α和Ppargc1α 上游啟動子區TBE元件，促進Ppargc1α基因表達，并最終影響糖尿病患者足細胞線粒體生物能。該研究成果刊登在國際頂級醫學期刊Journal of Clinical Investigation（IF=12.81）。（RNA-seq、表達譜芯片、CHIRP-seq由Arraystar提供技術服務）
研究背景
糖尿病性腎病（DN）是美國常見的糖尿病微血管并發癥，也是導致晚期腎病的罪魁禍首。在DN病理相關因子的研究中發現，過氧化物酶體增殖物激活受體γ的輔因子1α（PGC-1α，由Ppargc1α 編碼）在糖尿病患者體內明顯低表達，該因子能夠調控線粒體內容物和氧化磷酸化基因的表達，證明其在線粒體生物能和呼吸功能的調控中處于核心地位。PGC-1α 處于一個自體調節循環，參與其調節的相關因子，都與細胞能量和線粒體內穩態相關。鑒于PGC-1α是聯結生理刺激與線粒體生物能的關鍵因子，其調控必然是嚴謹多層次的，一些新的調控PGC-1α的機制值得一探。lncRNA參與調控PGC-1α的角色一直鮮為人知，Farhad R. Danesh教授的主要研究目的在于揭示進化上保守的lncRNA-Tug1，調控PGC-1α的表達，并深入探討其調控原理。
研究思路
為了探究LncRNA-Tug1在DN發生發展過程中的作用，本次研究應用美國Arraystar RNA-seq平臺分析II型糖尿病小鼠與正常小鼠腎小球的轉錄本，篩選差異表達的lncRNA。其中lncRNA-Tug1在糖尿病小鼠體內表達下調。體外足細胞的葡萄糖壓力實驗和小鼠體內LOF和GOF驗證Tug1與DN的發展有關。
為了探究Tug1調控DN的機制，作者敲低小鼠足細胞的LncRNA-Tug1 。表達譜芯片分析其轉錄組，找到與Tug1相關的400個上調基因和近560個下調基因。GO分析發現，Tug1參與調控幾條代謝和生物合成路徑，且與PCG-1α相關的基因簇，在Tug1敲低的小鼠體內顯著低表達。PCG-1α是線粒體功能的主要調控因子，在糖尿病患者體內顯著低表達，Tug1與PCG-1 α聯系，成為DN發生的研究重點。挖掘Tug1與PCG-1 α聯系時，作者首先證明Tug1通過調控PCG-1α的表達影響線粒體生物能，確定Tug1的作用靶標，并將研究重點聚焦與Tug1調控PCG-1α表達的機制。通過motif分析和CHIRP-seq，作者找到與Tug1結合的Ppargc1 α上游啟動區域的TBE元件。promoter-luciferase和敲除實驗，證明Tug1與Ppargc1α啟動子上游TBE元件相互作用，調控PCG-1α的表達。 Ppargc1 α的表達是自調控的。作者隨即通過RNA IP和 Pull-down證明Tug1直接結合PCG-1α蛋白CTD區域的R/S domain； PGC-1α的CHIP實驗證明有大量TBE富集。從而揭示了Tug1與TBE的結合會招募PCG-1α蛋白，從而實現Ppargc1α的表達調控。
技術路線
結果展示
圖一 RNA-seq分析差異表達lncRNA
圖二 表達譜芯片分析，與PGC-1α pathway相關的基因顯著下調
圖三 CHIRP-seq分析揭示Tug1結合位點
研究意義
該研究揭示了LncRNA-Tug1作用于線粒體生物能的機制。LncRNA-Tug1通過結合Ppargc1α基因啟動子上游TBE元件，招募PGC-1α蛋白，并與其CTD區R/S domain結合，實現Ppargc1α基因的自調控，進而影響線粒體生物能。為DN病理探索和治療提供了新思路。
作者介紹
Farhad R. Danesh ，美國德克薩斯大學安德森癌癥中心教授，貝勒醫學院教授。多年從事腎病領域的研究，在經典腎病雜志JASN發表多篇論文。此外，還在cell metabolism、Nature communication、Kidney International等國際著名刊物中發表論文50余篇。期間還領導了NIH/NIDDK支持項目Mechanisms of protein-energy wasting in chronic kidney disease、Rho Kinases in diabetic nephropathy，在腎病研究領域首屈一指。
原文出處
Long noncoding RNA Tug1 regulates mitochondrial bioenergetics in diabetic nephropathy. JCI.2016
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