碳水化合物對基因表達的調(diào)控機理

yuzhipeng

碳水化合物對基因表達的調(diào)控
    碳水化合物對許多基因的表達有調(diào)控作用,主要表現(xiàn)在碳水化合物在胃腸道被消化成葡萄糖并吸收入血以后,葡萄糖能夠刺激脂肪組織、肝臟和胰島β細胞中脂肪合成酶系和糖酵解酶基因的轉(zhuǎn)錄。下面以葡萄糖對肝細胞中L-丙酮酸激酶(L-PK)基因和S14基因的表達調(diào)控為例,介紹碳水化合物對基因表達的調(diào)控機制及意義。
    L-PK基因編碼的蛋白為L-丙酮酸激酶,是葡萄糖酵解途徑中的關鍵限速酶;S14基因編碼一種含硫蛋白,甲狀腺素、碳水化合物和脂肪等對其表達有明顯的調(diào)節(jié)作用,并且與脂肪合成酶基因表達有明確的相關性,因此它在脂肪代謝方面起著重要作用。L-PK基因和S14基因都存在能對葡萄糖做出特異應答反應的元件(葡萄糖反應元件)。L-PK基因的葡萄糖反應元件位于啟動子的2172～2124bp ,而S14基因的葡萄糖反應元件位于啟動子的21457～21428bp,二者10個堿基對中有9 個是相同的,均具有一個共同的序列5′-CACGTG-3′,這表明兩種基因表達都受一個共同的調(diào)節(jié)因子調(diào)控。L-PK基因的啟動子有兩個因子結合位點,一個位點與上游刺激因子(USF)結合,USF 屬于C-myc家族普遍表達的成員,起轉(zhuǎn)錄因子作用。另一個位點與肝增強因子(HNF-4)或肝核因子結合,屬于類固醇P甲狀腺素受體家族的一種孤兒受體 ,起轉(zhuǎn)錄輔助因子作用。USF 因子結合位點和HNF-4 因子結合位二者必須同時存在,才能對葡萄糖做出應答反應,從而調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。但USF 因子結合位點起主要作用(主要接收葡萄糖代謝產(chǎn)生的信) ,HNF-4因子結合位點起輔助作用。S14 基因的啟動子也含有兩個因子結合位點,一個是與L-PK基因相同的USF 結合位點,另一個是輔助因子結合位點,但輔助因子目前還不明確。同樣,二者必須聯(lián)合在一起才能使S14 基因?qū)ζ咸烟菨舛茸兓龀鰬?。由于L-PK基因和S14基因都含有共同的USF 結合位點,并能對葡萄糖和胰島素做出應答,因此USF 結合位點又被稱為葡萄糖P胰島素反應元件(GIRE) 或碳水化合物反應元件(ChoRE) 。
    葡萄糖在葡萄糖激酶作用下形成的葡萄糖-6-磷酸, 是刺激基因表達的直接信號分子。而葡萄糖激酶的表達受胰島素調(diào)控,因此胰島素通過刺激葡萄糖激酶表達,加快葡萄糖代謝,從而對基因表達間接發(fā)揮作用。但胰島素并不是必需的,一旦葡萄糖激酶數(shù)量和活性足夠,在葡萄糖刺激基因轉(zhuǎn)錄中則不再需要胰島素。
    葡萄糖-6-磷酸可能通過兩種方式激活USF。一種方式是葡萄糖-6-磷酸可與USF 結合形成復合物,然后再與USF 結合位點結合,從而調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄;另一種方式是葡萄糖-6-磷酸激活一種蛋白激酶,使USF 發(fā)生磷酸化或去磷酸化從而影響USF 與DNA 特異序列的結合。
    意義：肝臟中糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸,進入三羧酸循環(huán)后不是進行進一步的氧化、產(chǎn)生能量,而是作為合成脂肪的底物。長期攝入高碳水化合物膳食,可導致肝臟細胞中脂肪堆積并引起肥胖。
    因此為防止高碳水化合物膳食引起的上述危害,一方面可降低碳水化合物的攝入,另一方面可通過對葡萄糖刺激L-PK基因表達的途徑進行干預,如可利用葡萄糖激酶抑制劑,以及USF和HNF-4等轉(zhuǎn)錄因子抑制劑等抑制L-PK基因的表達,從而降低脂肪合成。相反,如果L-PK活性過低,影響了脂肪的正常合成,可針對上述途徑應用激活劑來刺激L-PK基因的表達。

hahachina

產(chǎn)生丙酮酸不足會有什么后果呢?

悠然南山

恩，@@007:營養(yǎng)基因組學