探討Bhlhe40轉錄因子在過氧化氫體(peroxisome)生物學與有氧代謝的調 控角色

Bhlhe40 (又稱Stra13, Dec1, Sharp2, 或 BHLHB2)是一個在骨骼肌中有相當高表現量的一個轉錄因子，並可進一步活化肌肉幹細胞以及保護細胞避免受到由ROS 所誘導產生的損傷。骨骼肌是成人身體最大的代謝器官，近期的研究顯示它的有氧代謝受到PGC-1α這個轉錄活化輔助因子(transcriptionalcoactivator) 的嚴密調控。近期本實驗室已證明在肌肉中PGC-1α的表現主要被肌肉生成轉錄因子(myogenic regulatory factors, MRFs) 所活化，但是會被Bhlhe40 這個具有bHLH DNA-binding motif 的轉錄抑制因子所抑制。 我們同時亦證明Bhlhe40 對PGC-1α 表現的抑制可被高量的P/CAF 所解除，顯示Bhlhe40 會與MRFs 相互競爭去與P/CAF 結合。Bhlhe40 和MRFs 會分別結合在PGC-1α 啟動子的E1-及E2-boxes 上，進而抑制MyoD 及其重要的協同轉錄活化因子P/CAF 來降低PGC-1α的表現量。骨骼肌可以藉由調節醣解(glycolysis)及有氧代謝(oxidative metabolism)之間的平衡，來滿足不同生理狀況所需的能量需求，而這個過程非常仰賴於PGC-1α的表現量及活性。我們實驗室最近的結果發現，PGC-1α與Bhlhe40 各自的N 端會進行交互作用，並且會同時結合到PGC-1α標的基因的啟動子(promoter)或增強子(enhancer)上來抑制它們的表現量。綜合過去的研究結果，我們發現Bhlhe40 會調控PGC-1α的表現量及功能強度，因此Bhlhe40 對於細胞的有氧代謝能力應有著重要的影響力。過去的研究指出PGC-1α會協同許多具有DNA 結合能力的轉錄因子(譬如PPARγ,ERRα 和NRF1)來調控粒線體(mitochondrion)及過氧化氫體(peroxisome)的生合成(biogenesis)及功能。由於粒線體及過氧化氫體在細胞中負責許多有氧代謝的重要功能，因此它們的功能及活性應該很自然地也會受到Bhlhe40 嚴謹的調控。我們近期初步的研究成果顯示，在肌肉細胞中，當我們改變Bhlhe40 的表現量或是降低Bhlhe40 對於PGC-1α的抑制效果時，都會對粒線體及過氧化氫體的生物學有顯著的影響效果。我們同時亦發現這個效益在過氧化氫體中是比較明顯的。現在我們實驗室已經在C2C12 肌原細胞(myoblast)中建立好了三種Bhlhe40 的穩定細胞株，分別是大量表現(Bhlhe40-OV)及表現量下降(Bhlhe40-KD)的Bhlhe40 穩定細胞株，以及大量表現VBH135 的穩定細胞株(VBH135-OV)。VBH135 是由VP16 活化因子和Bhlhe40 N 端的135 個胺基酸組合而成的嵌合蛋白，擁有可解除正常Bhlhle40 對於PGC-1α功能的抑制之能力，因此相對於Bhlhe40 來說是一個dominant-active 的活化者。未來，我們將自剔除鼠保存庫取得loxP-Bhlhle40 小鼠並與α-actin-CRE 的小鼠交配以取得在肌肉中剔除Bhlhe40 的小鼠。利用以上的材料，我們希望釐清Bhlhe40 在肌肉中對peroxisome biology 以及有氧代謝的調控角色。因此，本研究的具體目標是：1. 找尋在肌肉中受到Bhlhe40 調控的基因。2. 研究peroxisome 數量在Bhlhe40-OV、Bhlhe40-KD、VBH135-OV 細胞中的恆定狀態。3. 研究peroxisome 在Bhlhe40-OV、Bhlhe40-KD、VBH135-OV 細胞中分解以及生合成的功能。4. 証實Bhlhe40 的標的基因在peroxisome biology 中的功能。5. 研究休息及運動後的Bhlhe40 剔除小鼠肌肉中peroxisome 的生成與功能。6. 証實VBH135 在肥胖及糖尿病鼠中有提升有氧代謝的能力。