Nat Cell Biol：糖尿病疗法新靶点！

Nat Cell Biol：糖尿病疗法新靶点！
2023-04-21

 

 

 

HNF1A homeobox A (HNF1A)编码同源域转录因子，其单倍体剂量不足突变会诱发糖尿病。本研究通过小鼠和人类模型实验，发现HNF1A的反义lncRNA启动子--HASTER可以顺式调节HNF1A的转录，并通过正负反馈回路维持HNF1A的细胞特异性生理浓度。HASTER突变的小鼠胰腺β细胞表现出HNF1A沉默或过表达，从而导致高血糖。该研究揭示了一种不同于经典增强子或沉默子的顺式调节元件，它能稳定靶基因的转录，并能保证细胞特异性转录因子程序的准确性。这一发现有助于开发新型糖尿病治疗策略，对我们理解疾病中的非编码基因组缺陷也具有普遍意义。

 

 

研究思路

  1. HNF1A和HASTER在进化上保守性共表达

HNF1A-AS1是假定的非编码转录物，由HNF1A的1号内含子转录而并以反义构型起作用（下图a）。作者着重关注HNF1A反义转录物启动子的调节功能，将这段DNA序列命名为HASTER（HNF1A stabilizer）。作者通过CAGE-seq、RNA-seq和RACE证明HASTER转录了大量的转录本亚型，这些异构体起源于人类胰岛中的主要上游转录起始位点和其他组织中的下游起始位点（下图a）。

 两个转录起始位点都位于进化保守的序列中，这些序列在胰岛和肝脏中显示染色质启动子活性（高H3K4me3 和低 H3K4me1）(下图a,b)。HASTER仅在表达HNF1A的组织中表达，包括肝脏，肠道，胰腺和肾脏，并且在物种之间具有相同的反义构型(下图b)。

 

 

人β细胞的亚细胞分级显示，HASTER转录物与染色质相关，单分子荧光原位杂交显示，HASTER转录物仅存在于与HNF1A新生转录物共定位的一个或两个核焦点中（下图c)。

以上说明，HASTER转录了一种进化保守的核lncRNA，该lncRNA与HNF1A在组织中共表达。

 

  1. HASTER是HNF1A的负调控因子

为了研究HASTER功能，作者构建了一个缺失320bp HASTER启动子的人类胚胎干细胞（hESCs），并将其分化为肝样细胞(下图a)。在对照细胞中，HASTER转录产物在成肝细胞阶段表达量最高，而HNF1A在肝细胞成熟过程中逐渐上升（下图b)。在HASTER缺失细胞中，肝细胞HNF1A 表达量是对照的1.3-1.6倍（下图b）。这表明HASTER在体外人肝细胞模型中对HNF1A施加了负调节。

 

为了在体内检测这一功能，作者接着在Haster转录起始位点1.8kb两侧构建了LoxP位点（下图c)，并使用肝脏Cre转基因培育肝脏特异性Haster纯合缺失的小鼠模型（HasterLKO）。与人类突变细胞趋势一致，HasterLKO小鼠肝脏的Hnf1a mRNA和蛋白量都增加（下图d,f)。因此，HASTER对小鼠和人类肝细胞中的HNF1A都具有负调控作用。

 

  1. HNF1A是HASTER的正调控因子

为了检查HNF1A是否能反过来调节HASTER，作者构建了HNF1A缺陷细胞。HASTER在纯合Hnf1a无义突变小鼠的胰岛、肝脏以及HNF1A缺陷的EndoC-βH3人β细胞中显著下调(下图g-i)。

HNF1A部分敲低后，HASTER表达显著降低，而其他HNF1A依赖性基因如HNF4A表达量仅发生了微小变化，表明HASTER