表觀遺傳修飾與自噬

 自噬對(duì)于營(yíng)養(yǎng)剝奪下的細(xì)胞存活和能量穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。表觀遺傳學(xué)是研究DNA序列不變，基因功能發(fā)生可逆的、可遺傳的改變。研究發(fā)現(xiàn)，表觀遺傳修飾在自噬調(diào)節(jié)中的重要性日益凸顯，但機(jī)制尚不明確。今日，這篇文章帶大家認(rèn)識(shí)了解下他們產(chǎn)生的聯(lián)系。

技術(shù)路線：

結(jié)果：
1. JMJD3表觀遺傳地激活肝臟自噬基因網(wǎng)絡(luò)
    為了探索肝自噬的表觀遺傳調(diào)控，檢查禁食小鼠肝臟特定的組蛋白修飾是否被改變。發(fā)現(xiàn)空腹小鼠組蛋白H3K27-me3的水平和JMJD3的水平明顯降低，表明JMJD3可能在表觀遺傳上激活肝自噬響應(yīng)營(yíng)養(yǎng)不足。小鼠肝臟下調(diào)JMJD3后846基因表達(dá)下調(diào)，其中包括參與自噬、自噬轉(zhuǎn)錄激活劑、脂肪酶、和H3K27-me3等。564個(gè)潛在的JMJD3下調(diào)靶基因與H3K27-me3的表達(dá)升高相關(guān)。揭示了JMJD3在表觀遺傳誘導(dǎo)的肝自噬中的潛在作用。

2. 在營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)，JMJD3激活肝臟自噬，促進(jìn)自噬介導(dǎo)的脂質(zhì)降解
    肝臟特異性JMJD3下調(diào)，自噬標(biāo)志物L(fēng)C3-II/ I、溶酶體相關(guān)膜蛋白（Lamp）1和Lamp2和LC3點(diǎn)數(shù)降低，p62升高；過(guò)表達(dá)后有相反效果。進(jìn)一步檢查了JMJD3是否激活肝脂肪吞噬。肝細(xì)胞過(guò)表達(dá)JMJD3后增加GFP-LC3點(diǎn)的數(shù)量。正常飲食的小鼠肝臟中JMJD3的表達(dá)導(dǎo)致LC3-II / I增加，降低肝脂質(zhì)和甘油三酸酯，血清酮水平升高。喂高脂飲食小鼠，JMJD3的表達(dá)導(dǎo)致自噬增加和肝TG水平降低，但是這些JMJD3介導(dǎo)的作用在自噬缺陷小鼠中減弱。這些結(jié)果表明JMJD3促進(jìn)脂肪降解，自噬有利于JMJD3介導(dǎo)的降脂作用。

3. 空腹誘導(dǎo)的自噬在FGF21-LKO小鼠中減弱
    在FGF21-LKO小鼠中LC3-II / I比例增加，p62水平降低和LC3點(diǎn)增加，這些提示禁食誘導(dǎo)內(nèi)源性FGF21以自分泌方式促進(jìn)肝臟自噬。在肝細(xì)胞中，營(yíng)養(yǎng)缺乏培養(yǎng)基中LC3，Lamp1 / 2和JMJD3的高表達(dá)被下調(diào)FGF21減弱。這些結(jié)果揭示肝FGF21在肝自噬中的關(guān)鍵作用。

4. JMJD3在fgf21誘導(dǎo)的肝臟自噬中起關(guān)鍵作用
    FGF21處理小鼠中增加LC3II / I比、Lamp1 / 2水平和LC3點(diǎn)以及Tfeb、Ulk1和Atg7，肝JMJD3下調(diào)削弱這個(gè)作用。原代小鼠肝細(xì)胞中FGF21處理增加p-ERK水平和LC-II / I比值，降低p62水平，增加了JMJD3的表達(dá)和脂質(zhì)，這些作用均因下調(diào)JMJD3而減弱。這些結(jié)果表明FGF21可以直接作用于肝細(xì)胞并誘導(dǎo)脂肪降解。

5. PPARα是FGF21-JMJD3自噬軸的關(guān)鍵成分
    接下來(lái)研究JMJD3傳輸FGF21信號(hào)表觀遺傳地激活自噬基因的機(jī)制。JMJD3誘導(dǎo)的LC3-II / I比值增加被PPARα下調(diào)抑制，受PPARα和JMJD3調(diào)控的基因參與自噬，溶酶體和脂質(zhì)分解代謝?？崭乖黾訉?duì)照組小鼠中LC3-II / I比值和自噬基因的表達(dá)，但在PPARα-KO小鼠中這些作用減弱。相反，用激動(dòng)劑WY14643激活PPARα，以JMJD3依賴方式提高肝細(xì)胞中LC3-II / I比例和自噬表達(dá)。FGF21處理或JMJD3表達(dá)的效果在PPARα-KO小鼠中也減弱，F(xiàn)GF21處理增加Tfeb，Atg7、JMJD3、PPARα和Atgl基因的共用率，JMJD3的表達(dá)增強(qiáng)PPARα介導(dǎo)的Tfeb-luc和Atg7-luc的反式激活。這些表明PPARα是空腹觸發(fā)FGF21-JMJD3軸介導(dǎo)的自噬網(wǎng)絡(luò)基因的關(guān)鍵誘因。

6. FGF21激活的PKA磷酸化JMJD3是誘導(dǎo)自噬的關(guān)鍵
    在質(zhì)譜分析中，Thr-1044是FGF21處理的肝細(xì)胞中JMJD3檢測(cè)到的磷酸化位點(diǎn)，F(xiàn)GF21治療可增加WT-JMJD3而不是T1044A-JMJD3中的p-Thr水平。這些結(jié)果表明JMJD3在Thr-1044處磷酸化以相應(yīng)FGF21。FGF21處理可增加JMJD3的核定位，增加PPARα與JMJD3的相互作用、Atgl、Atg7、Tfeb的表達(dá)以及LC3 II / I比。這些作用被JMJD3的T1044A突變阻斷。禁食過(guò)夜會(huì)增加對(duì)照小鼠的JMJD3磷酸化，F(xiàn)GF21處理小鼠中JMJD3、PKA和ERK的磷酸化增加，并增加了JMJD3與PKA的相互作用。體外激酶測(cè)定中，PKA通過(guò)包含Thr-1044的域直接與JMJD3相互作用。在PMH中，F(xiàn)GF21誘導(dǎo)的JMJD3磷酸化被PKA抑制劑減弱，這些表明FGF21信號(hào)激活的PKA介導(dǎo)JMJD3的磷酸化。

7. FGF21對(duì)脂肪肝的有益作用依賴于JMJD3 
    管理FGF21減少高脂飲食肥胖小鼠體重，肝脂質(zhì)水平、TG、長(zhǎng)鏈?；鈮A血清酮體水平降低，葡萄糖耐量降低，氧氣消耗和二氧化碳生產(chǎn)增加。FGF21處理增加自噬基因表達(dá)，這些FGF21介導(dǎo)的作用在JMJD3下調(diào)小鼠肝臟中減弱。

8. 脂肪肝中KLB的表達(dá)可提高FGF21信號(hào)傳導(dǎo)
    HFD肥胖小鼠中增加p-PKA和p-ERK水平，對(duì)FGF21的反應(yīng)性受損，F(xiàn)GF21介導(dǎo)的自噬缺乏，JMJD3和KLB的mRNA水平降低，F(xiàn)gfr1和Fgfr4增加，提示KLB表達(dá)降低可能與肥胖中的FGF21耐受相關(guān)。肝臟特異性KLB過(guò)表達(dá)肥胖小鼠中p-ERK和p-PKA水平升高，升高JMJD3蛋白水平和LC3II / I蛋白比率。這些表明，在小鼠中恢復(fù)KLB的表達(dá)可改善FGF21信號(hào)傳導(dǎo)和FGF21誘導(dǎo)的自噬。

9. NAFLD中 JMJD3和自噬基因的表達(dá)減少
    單純性脂肪變性和晚期NASH纖維化患者中肝JMJD3，TFEB，ULK1，ATG7和ATGL的水平均降低，p-ERK水平和KLB也降低，提示FGF21信號(hào)傳導(dǎo)受損，這些發(fā)現(xiàn)與肥胖小鼠的結(jié)果一致，提示在NAFLD中FGF21-JMJD3-自噬軸失調(diào)。