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Descubrir el mecanismo de Ucp1 relacionado con BAT - obesidad-int

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Tow-Int Tech ayuda a descubrir el mecanismo regulador de la proteína desacoplante 1 (Ucp1) en el tejido adiposo marrón (BAT), proporcionando posibles dianas para el tratamiento de la obesidad y las enfermedades metabólicas.

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Recientemente, investigadores como Duo Su y Tingting Jiang estudiaron el mecanismo regulador del gen Ucp1 en el tejido adiposo marrón (BAT). Mediante diversos métodos experimentales, identificaron el potenciador distal de Ucp1, analizaron sus efectos sobre la termogénesis y la función mitocondrial, y publicaron un trabajo de investigación titulado "Identificación de un potenciador distal de Ucp1 esencial para la termogénesis y la función mitocondrial en la grasa parda" en la revista Communications Biology de Nature. Este estudio proporciona nuevas dianas para el tratamiento de la obesidad y las enfermedades metabólicas relacionadas.

1. Antecedentes de la investigación

El tejido adiposo marrón (BAT) regula la temperatura corporal mediante la termogénesis sin escalofríos, y la proteína desacoplante 1 (Ucp1) es una proteína clave en este proceso. La estructura tridimensional del genoma es crucial para la expresión génica, y los potenciadores pueden regularla. Sin embargo, el mecanismo regulador de la Ucp1 mediado por potenciadores sigue sin estar claro.

2. Métodos experimentales

2.1 Análisis 4C - seq: Realización de experimentos 4C - seq en tejido adiposo marrón interescapular (iBAT) y tejido adiposo blanco epididimario (eWAT) de ratones para analizar las interacciones cromatínicas de Ucp1, y determinar los sitios de interacción fiables y los sitios de interacción diferenciales.

2.2 Identificación de potenciadores: Analizar los potenciadores potenciales de Ucp1 combinando conjuntos de datos públicos. Verificar sus actividades mediante ensayos de luciferasa y analizar las modificaciones de histonas y las interacciones de cromatina en las regiones potenciadoras.

2.3 Estudios funcionales: Utilizar el sistema CRISPR - dCas9 - KRAB para inhibir los potenciadores y detectar indicadores como la expresión de Ucp1, la función mitocondrial y el metabolismo lipídico. Estudiar los efectos reguladores de proteínas y factores relacionados en los potenciadores mediante métodos como el ARN de interferencia y ChIP - qPCR. In vivo, inhibir el potenciador Ucp1 en iBAT mediante inyección de lentivirus, y observar los efectos sobre la temperatura corporal del ratón, el metabolismo energético y la función mitocondrial.

Mediante métodos como el ARN de interferencia (siRNA - mediated knockdown of RAD21) y 3C - qPCR, estudiar el efecto regulador del bucle de cromatina mediado por cohesina sobre la interacción entre Ucp1 - En4 y el promotor de Ucp1. El análisis de los datos Hi - C muestra que ambos se localizan en el mismo TAD. Después de eliminar RAD21, la fuerza de interacción entre Ucp1 - En4 y el promotor de Ucp1 disminuye, y la expresión de Ucp1 también disminuye significativamente, lo que indica que la cohesina es crucial para esta interacción y la regulación de la expresión de Ucp1.

Utilizar métodos como ChIP - qPCR para estudiar los efectos reguladores de EBF2 y CBP sobre la actividad del potenciador Ucp1 - En4. Los análisis de DNA pull - down y ChIP - seq identificaron los factores de transcripción que se unen a Ucp1 - En4. ChIP - qPCR verificó la unión de EBF2 y CBP y sus efectos sobre el nivel de H3K27ac. Los ensayos de reportero de luciferasa mostraron que los dos factores aumentan sinérgicamente la actividad transcripcional de Ucp1 - En4, y este mecanismo de regulación se conserva en ratones y humanos.

Presenta los resultados experimentales de la inhibición de Ucp1 - En4 en iBAT in vivo. Se utilizaron qRT - PCR y Western blot para detectar los cambios de expresión de Ucp1 y genes relacionados con la lipogénesis. Se utilizaron estudios metabólicos e imágenes infrarrojas para analizar indicadores como el consumo de oxígeno de los ratones, la termogénesis y la temperatura corporal. Se descubrió que la inhibición de Ucp1 - En4 afecta a la termogénesis iBAT pero no al consumo de energía de todo el cuerpo. La microscopía electrónica de transmisión y la qPCR se utilizaron para detectar la morfología y la función mitocondrial, lo que indica que la función mitocondrial se ve afectada en condiciones de adaptación al frío.

3. Resultados experimentales

3.1 Características del paisaje de interacción de la cromatina de Ucp1: Existen diferencias en las interacciones de la cromatina Ucp1 entre iBAT y eWAT. Hay más sitios de interacción en iBAT, y algunos sitios están regulados al alza en iBAT. Se identificaron cuatro potenciadores activos de Ucp1 específicos de iBAT, tres de los cuales se activan por estimulación con frío.

3.2 Verificación funcional de los potenciadores: Ucp1 - En4 y Ucp1 - En6 pueden regular la expresión de Ucp1 en adipocitos marrones. La inhibición de estos dos potenciadores reduce la expresión de Ucp1, afecta a la función mitocondrial, provoca un aumento del tamaño de las gotas de lípidos y un aumento de la expresión de genes relacionados con la lipogénesis.

3.3 Mecanismo regulador: La interacción entre Ucp1 - En4 y el promotor de Ucp1 está regulada por un bucle de cromatina mediado por cohesina, y la subunidad RAD21 está implicada. EBF2 y CBP regulan sinérgicamente la actividad de Ucp1 - En4, y este mecanismo está conservado en ratones y humanos.

3.4 Resultados experimentales in vivo: La inhibición de Ucp1 - En en iBAT in vivo reduce la expresión de Ucp1, afecta a la capacidad termogénica y a la función mitocondrial de iBAT, y disminuye la temperatura corporal de los ratones, pero no afecta al consumo energético de todo el cuerpo.

4. Importancia de la investigación

Este estudio revela el mecanismo regulador de Ucp1 en BAT, identifica potenciadores clave, proporciona objetivos potenciales para el tratamiento de la obesidad y las enfermedades metabólicas, y profundiza nuestra comprensión del mecanismo molecular de la termogénesis en la grasa parda.

5. Instrumentos utilizados en el experimento

5.1 Plataforma de secuenciación de alto rendimiento: Secuencia la librería 4C - seq para analizar las interacciones cromatínicas de Ucp1 en iBAT y eWAT, determinar sus sitios de interacción y diferencias, etc., sentando las bases para posteriores investigaciones.

5.2 Luminómetro de microplaca: Mide la actividad de la luciferasa y desempeña un papel en el experimento para evaluar la actividad de los potenciadores potenciales de Ucp1. La eficacia del potenciador se juzga detectando la actividad de la luciferasa.

5.3 Instrumento de PCR cuantitativa por fluorescencia en tiempo real: Realiza experimentos qRT - PCR para detectar los niveles de expresión génica, como la detección de la expresión de Ucp1, Rad21, y la lipogénesis - genes relacionados (Acly, Acaca, Fasn), etc, para analizar los efectos de los factores relacionados en la expresión génica.

5.4 Software de procesamiento y análisis de imágenes: Observa las muestras iBAT mediante microscopía electrónica de transmisión para detectar la morfología y estructura mitocondrial. Se encontró que después de inhibir Ucp1 - En4, bajo condiciones específicas, las mitocondrias estaban hinchadas y las cristae eran irregulares, indicando una función mitocondrial deteriorada.

5.5 Microscopio electrónico de transmisión: Realiza imágenes de fluorescencia de animales. Tras infectar a los ratones con lentivirus, observa la infección y la expresión del virus en iBAT para confirmar la eficacia de la operación experimental.

5.6 Sistema de monitorización del metabolismo energético animal (modelo Tow-Int Tech: EM - 8M - WA) Mide el metabolismo energético de todo el cuerpo de los ratones, incluyendo indicadores como el consumo de oxígeno (VO₂) y la termogénesis, para estudiar el impacto de Ucp1 - En4 en el metabolismo energético general de los ratones.

5.7 Cámara de imágenes térmicas infrarrojas: Obtiene imágenes térmicas de ratones y las analiza mediante software para detectar cambios en la temperatura corporal de los ratones. Se comprobó que tras inhibir Ucp1 - En4, la temperatura de la piel de la espalda y la temperatura rectal de los ratones disminuían, lo que indica su impacto en la regulación de la temperatura corporal.

6. En el estudio se utiliza un sistema de metabolismo energético animal (Tow-Int Tech).

Se utiliza para medir el metabolismo energético de todo el cuerpo de los ratones, incluidos parámetros metabólicos como el consumo de oxígeno (VO₂), la producción de dióxido de carbono (VCO₂), la tasa de intercambio respiratorio y la ingesta de alimentos y agua. Puede monitorizar ratones durante mucho tiempo en su estado activo natural.

Métodos experimentales

Colocar los ratones en jaulas metabólicas en una habitación con temperatura y humedad controladas. La temperatura ambiente se ajusta a 4 °C o 30 °C, la humedad relativa es del 50% y el ciclo de luz/oscuridad es de 12 horas. Antes del seguimiento, los ratones deben aclimatarse en las jaulas metabólicas durante 24 horas. Después de la aclimatación, utilice el sistema de monitorización metabólica animal para medir el consumo de oxígeno y los datos de termogénesis de los ratones para evaluar el estado del metabolismo energético de los ratones en diferentes condiciones, y así explorar el impacto de los genes relacionados o potenciadores en el metabolismo energético de los ratones. Por ejemplo, al estudiar el impacto de Ucp1 - En4 en el metabolismo energético de todo el cuerpo de los ratones, observar si los indicadores del metabolismo energético de los ratones cambian tras inhibir Ucp1 - En4 mediante este sistema.

Referencia

Su, D., Jiang, T., Song, Y. et al. Identificación de un potenciador distal de Ucp1 esencial para la termogénesis y la función mitocondrial en la grasa parda. *Commun Biol* 8, 31 (2025). https://doi.org/10.1038/s42003 - 025 - 07468 - 3

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