콜레스테롤 생합성은 쥐의 두개골 신경 능선 세포의 분화를 조절합니다

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7073(2023) 이 기사 인용

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두개골 신경 능선 세포(cNCC)는 다양한 세포 유형 세트를 생성하는 다능성 배아 세포 집단입니다. 이러한 세포는 특히 산모의 고혈당증과 선천성 기형 사이의 연관성에서 알 수 있듯이 외부 대사 스트레스 요인에 취약합니다. 우리는 확립된 쥐 신경 능선 세포 모델(O9-1)을 사용하여 cNCC 대사, 이동 및 분화에 대한 다양한 농도의 포도당과 피루브산의 효과를 연구하는 데 관심이 있었습니다. 우리는 예기치 않게 O9-1 세포의 포도당 고갈 조건에서 콜레스테롤 생합성 유도를 암시하는 유전자 발현 패턴을 관찰했습니다. 우리는 또한 두 가지 서로 다른 콜레스테롤 합성 억제제를 사용한 치료가 세포 이동과 분화를 방해하여 연골 형성을 억제하는 동시에 평활근 세포 분화를 향상시키는 것을 보여주었습니다. SMCHD1의 돌연변이로 인한 기형인 선천성 아르히니아(외부 코 없음)가 부분적으로 cNCC의 결함을 나타내는 것으로 보이므로 우리는 또한 O9-1 세포에서 Smchd1 발현에 대한 포도당 및 콜레스테롤 가용성의 영향을 조사하는 데 관심이 있었습니다. . Smchd1 발현은 높은 포도당 조건에서 유도되는 반면, 콜레스테롤 합성 억제제는 연골 형성 동안 Smchd1 발현을 감소시킵니다. 이러한 데이터는 cNCC 생리학에서 콜레스테롤 생합성의 새로운 역할을 강조하고 SMCHD1 돌연변이 보인자의 인간 표현형 다양성이 부분적으로 발달 중 포도당 또는 콜레스테롤 복용량에 대한 SMCHD1의 민감성과 관련이 있을 수 있음을 보여줍니다.

신경 능선 세포(NCC)는 다양한 세포 유형 세트를 생성하는 외배엽에서 유래된 일시적인 배아 세포 집단입니다. 배아 발달 과정에서 이동하는 NCC는 고유한 영양소와 유전자 프로그래밍 및 생리학에 영향을 줄 수 있는 효소의 국지적 활성화를 통해 다양한 환경을 횡단합니다1. 기질 가용성 교란의 효과를 조사한 연구에 따르면 발달의 시공간적 조절은 부분적으로 신진대사의 변화에 의해 주도되는 것으로 나타났습니다. NCC의 대사 변화는 일시적으로 연관되어 있으며 실제로 증식, 이동 및 분화와 같은 NCC 개체 발생의 중요한 단계를 자극할 수 있습니다3. 또한 NCC는 외부 대사 스트레스 요인에 특히 취약한 것으로 보이며, 고혈당증이 대표적인 예입니다. 임신성 당뇨병은 NCC에서 파생된 조직 및 기관(예: 심혈관, 골격 및 중추신경계)에 영향을 미치는 선천성 기형의 위험이 더 높으며, 이는 산모의 고혈당증이 NCC에 매우 독성이 있음을 시사합니다4,5,6,7. 실제로 초기 시험관 내 연구에서는 높은 포도당 배양 조건이 활성 산소종의 과잉 생산으로 인해 쥐의 cNCC 증식과 이동을 억제한다는 사실이 입증되었습니다8. 병아리에 대한 최근의 연구에서는 고혈당에 노출되면 cNCC9 발달 시 세포사멸과 ERK 매개 자가포식을 상향 조절하고 배아 줄기 세포가 신경 계통으로 분화하는 것을 억제한다는 사실도 추가로 나타났습니다10. 그러나 마우스 배아 NCC에서 파생된 다능성 계통인 O9-1 세포주를 사용하여 영양 가용성이 NCC 생리학에 어떻게 영향을 미치는지 확인하는 연구는 없습니다.

NCC의 개체 발생, 이동 및/또는 분화의 결함으로 인해 신경 크리스토병증(neurocristopathies)이라는 일련의 상태가 발생합니다. 보스마아르히니아소안구증후군(BAMS)은 두개골 NCC12, 두개골 기원판 세포13 또는 이들의 상호 작용의 주요 결함을 반영하는 것으로 보이는 극히 드물고 심각한 선천성 기형입니다. BAMS는 아르히니아(코 없음), 눈 결함 및 성선 기능 저하증의 임상적 3요소로 구성되며 SMCHD1(염색체 유연성 힌지 도메인 함유 1)의 구조적 유지 유전자의 돌연변이로 인해 발생합니다. 그러나 다중 가족에서 불완전한 침투와 다양한 발현이 존재한다는 것은 다른 자궁 내 요인이 SMCHD1 발현이나 기능에 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다. 우리는 영양소 가용성이 그러한 요인 중 하나일 수 있다는 가설을 세웠습니다. BAMS 임신에서는 임신성 당뇨병이 보고되지 않았습니다. 그러나 BAMS는 과소보고될 가능성이 있으며(지난 세기에 보고된 사례가 100건 미만15), 임신성 당뇨병 진단 지침은 국가마다 다르며 시간이 지남에 따라 더욱 엄격해졌습니다. 산모의 고혈당증은 명확한 역치 없이 주산기 위험과 선형적으로 연관되어 있다는 것이 인식되었습니다17. 따라서 O9-1 모델 시스템을 사용하여 Smchd1 발현에 대한 영양소 가용성의 영향도 조사했습니다.

0.6). Given that our experimental design included a gradient of glucose concentrations, we then chose to explore the two modules where there was also a linear gradient in expression change from HG to CG to NG to NG2P. Sixteen modules of co-expressed genes under different glucose conditions were identified. In the turquoise module, gene expression decreased across conditions, whereas in the blue module, gene expression increased across conditions (Fig. 1A, B, Supplementary Table S1). Overenrichment analysis of the turquoise model revealed pathways associated with cell cycle and DNA repair (Supplementary Fig. S1), whereas analysis of the blue module unexpectedly revealed cholesterol biosynthesis, sphingolipid, and glycosphingolipid metabolism (Fig. 1C, Supplementary Fig. S1). Glucose and glucose-derived metabolites provide raw materials for cholesterol synthesis and regulate cholesterol biosynthetic enzymes and uptake23. Glucose depletion would therefore be expected to downregulate cholesterol biosynthesis; however, members of the cholesterol biosynthesis pathway including Hmgcr, the rate-limiting enzyme in cholesterol synthesis, and Hmgcs1, which catalyzes the production of 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA (HMG-CoA)24,25, showed increased expression under NG and NG2P conditions compared to HG (Fig. 1D). Emopamil binding protein (Ebp), which plays a key role in the final stage of cholesterol biosynthesis, was also upregulated in CG vs. HG conditions (Fig. 1D). We next directly measured free cholesterol, esterified cholesterol, and total (i.e., the sum of free plus esterified) cholesterol levels under the various glucose culture conditions. No significant differences were seen in free or total cholesterol, whereas there was lower esterified cholesterol in HG compared with CG, NG, and NG2P conditions (Fig. 2A–C)./p> 0.6. (D) Heatmap of genes involved in cholesterol biosynthesis./p>

80% confluency./p> 1 and Bonferroni-adjusted p < 0.05 were considered differentially expressed./p> 5 in half of the samples. WGCNA was performed using the blockwiseModule utility with with parameter: soft threshold = 22, networkType = "signed", TomType = "signed", deepSplit = 2, minClusterSize = 30, cutTreeDynamic = 0.2522. Modules with a similarity threshold greater than 0.25 were merged. Genes with module membership > 0.6 for the assigned module were selected for pathway analysis with the R gProfileR software package61./p>