TMEM100基因调控猪脂肪细胞能量代谢

本发明涉及基因工程，尤其涉及tmem100基因调控猪脂肪细胞能量代谢。

背景技术：

1、哺乳动物脂肪组织是调节能量平衡的重要内分泌器官。经典的脂肪组织按功能可分为白色脂肪组织和棕色脂肪组织。白色脂肪组织是重要的储能场所，当机体需要能量供应时，甘油三酯可以迅速分解为甘油和游离的脂肪酸调节机体的能量平衡。相比于白色脂肪储存能量的功能，棕色脂肪的主要功能趋向消耗能量，棕色脂肪独特的产热功能来源于特异性存在于其线粒体膜上的解耦联蛋白1(uncoupling protein 1，ucp1)，ucp1是决定棕色脂肪产热水平的关键。在寒冷暴露、药物、运动等各种刺激下，白色脂肪组织中会出现米色脂肪细胞，它们具有与棕色脂肪细胞相似的特征，如存在多房脂滴和解耦联蛋白1(ucp1)阳性细胞。在米色脂肪细胞生成过程中，许多转录调节因子发挥着重要作用，包括prdm16、ebf2、zfp516等。此外，已鉴定出许多特异性的米色细胞标记基因(如tbx1、tmem26、cd137、fgf21、p2rx5、pat2、car4和cited1)，并被证明在调节米色分化中发挥重要作用。这些标志物不仅促进了对米色脂肪相关生物学的理解，也为肥胖及其相关代谢紊乱提供了治疗分子靶点。

2、目前普遍认为猪缺乏功能性棕色脂肪组织和ucp1，这可能是新生仔猪对寒冷环境极其敏感的原因之一。仔猪因寒冷应激造成的死亡，影响了动物福利，更给寒冷地区的养猪业带来了巨大的经济损失。而增加猪米色脂肪细胞的形成不仅能够为降低猪的脂肪沉积提供思路，也可为提高仔猪的抗寒能力提供解决方法。

3、另外，猪米色脂肪的研究对于促进机体能量代谢，预防和治疗肥胖等相关疾病具有重要的参考价值。因此，有必要进一步对猪脂肪组织的调控进行研究。

4、tmem是跨越脂质双分子层的蛋白质，可以调节生物膜上特定物质的运输。tmem家族的蛋白质被认为是各种生物膜的组成成分，如线粒体膜、溶酶体膜、内质网、高尔基体膜等。tmem具有重要的生理功能，如参与蛋白质糖基化，免疫反应。tmem分为α-螺旋蛋白和β-桶蛋白两种基本类型，根据拓扑结构分为n-和c-终端域的拓扑结构。

5、tmem100是tmem家族重要成员，定位在17q22上，编码由134个氨基酸组成的跨膜蛋白，拓扑结构定位于n和c末端，氨基酸序列高度保守。在胚胎内皮由alk1受体激活后高度表达。tmem100参与多种生物学功能，如维护血管完整性和血管形成、维持血管发育和心脏形态发生，但对米色脂肪细胞形成的作用未有报道。

技术实现思路

1、本发明提供tmem100基因调控猪脂肪细胞能量代谢，具体提供其在调控猪米色脂肪细胞的分化效率和产热功能中的应用。本发明所述tmem100基因为本领域所公知的，如在ncbi上其编号为100523465。

2、第一方面，本发明提供tmem100蛋白、tmem100基因或含有tmem100基因的生物材料。

3、优选的，所述tmem100蛋白具有以下任一项氨基酸序列：

4、(1)如seq id no.3所示的氨基酸序列；

5、(2)与seq id no.3所示的氨基酸序列具有至少85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％同一性的氨基酸序列，所述蛋白具有猪米色脂肪细胞分化的功能；

6、(3)在seq id no.3所示的氨基酸序列中取代和/或缺失和/或增加一个或多个氨基酸残基所得的氨基酸序列，所述蛋白具有调控猪米色脂肪细胞分化的功能；

7、优选的，tmem100基因在ncbi上其编号为100523465；

8、进一步优选的，tmem100基因具有以下任一项核苷酸序列：

9、(1)seq id no.4所示的核苷酸序列或其互补序列；

10、(2)与seq id no.4所示的核苷酸序列具有至少85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％同一性的序列，其编码的多肽具有调控猪米色脂肪细胞分化的功能；

11、(3)在严格条件下与seq id no.4杂交的序列；

12、(4)由seq id no.4所示的核苷酸序列通过取代和/或缺失和/或增加一个或多个核苷酸而获得的序列，其编码的多肽具有调控猪米色脂肪细胞分化的功能。

13、根据所述的生物材料，所述生物材料包括表达盒、载体、宿主细胞或重组菌中的任一种。

14、第二方面，本发明还提供一种靶向tmem100基因的sirna，其含有如seq id no.1和/或seq id no.2所示的核苷酸序列；

15、seq id no.1：ggacgagcccauaaaggaa；

16、seq id no.2：uuccuuuaugggcucgucc。

17、第三方面，本发明还提供一种调控米色脂肪细胞分化的方法，包括调控tmem100基因的表达水平。

18、第四方面，本发明还提供tmem100蛋白、tmem100基因或含有tmem100基因的生物材料在以下任一方面中的应用：

19、1)调控猪米色脂肪细胞的形成；

20、2)调控猪米色脂肪细胞的线粒体功能；

21、优选的，调控线粒体拷贝数；

22、3)研究动物脂肪发育和代谢；

23、4)优质猪品种的培育；

24、5)制备预防、缓解和/或治疗肥胖相关疾病的药物；

25、6)构建米色脂肪动物模型；

26、7)制备用于构建米色脂肪动物模型的试剂盒；

27、8)调控猪米色脂肪形成；

28、优选的，调控猪米色脂肪细胞的耗氧量、最大呼吸、基础呼吸和质子漏中的一种或几种；

29、9)调控猪抗寒性能；

30、10)调控猪脂肪细胞产热性能；

31、11)调控猪米色脂肪的分化效率；

32、12)调控脂肪细胞分化标记基因的mrna表达；优选的，所述脂肪细胞分化标记基因为cebpα、pparγ、cpt1a、dio2、ebf2、acaca、dgat2、fasn、pdk4和fabp4中的一种或几种；

33、13)调控米色脂肪细胞标记基因的mrna水平表达量；优选的，所述米色脂肪细胞标记基因为cidea、pgc1α中的一种或几种；

34、14)调控色脂肪调节因子prdm16的蛋白水平；

35、优选的，所述调控为提升或抑制；

36、优选的，所述猪为藏猪或民猪。

37、本发明中的tmem100基因还可应用在猪米色脂肪基因的筛选与鉴定、低脂优质猪品种的培育、低脂优质猪肉的研究与生产以及预防、缓解和/或治疗肥胖中。

38、第五方面，本发明还提供tmem100基因过表达载体或可提升tmem100基因表达的靶向tmem100基因的编辑系统的以下任一方面的应用：

39、a)增加猪米色脂肪细胞的分化效率；

40、b)增加猪米色脂肪细胞的产热能力；

41、c)研究猪脂肪性状的特征；

42、d)减少动物脂肪沉积；

43、e)培育低脂优质猪品种；

44、f)生产低脂优质猪肉产品。

45、优选的，所述提升tmem100基因表达是指能够从转录或翻译水平上促进tmem100基因表达的物质，包括但不限于过表达质粒、腺病毒、慢病毒、小分子化合物、肽、抗体等。

46、本发明通过增加tmem100基因的表达发现其能促进猪米色脂肪分化并提升线粒体功能，降低tmem100基因的表达可降低猪米色脂肪分化并降低线粒体功能，进而提出了tmem100基因在猪米色脂肪细胞分化和线粒体功能调控中的应用。

47、本发明利用基因工程手段，对tmem100基因进行过表达，从转录和翻译水平上促进或提高tmem100基因的表达。

48、第六方面，本发明还提供tmem100基因敲降载体或可降低tmem100基因表达的靶向tmem100基因的编辑系统的以下任一方面的应用：

49、a)降低猪米色脂肪细胞的分化效率；

50、b)降低猪米色脂肪细胞的产热能力；

51、c)调控动物脂肪沉积；

52、d)肥胖相关疾病研究。

53、优选的，所述降低tmem100基因表达是能够从转录或翻译水平上抑制tmem100基因表达的物质，包括但不限于shrna、sirna、dsrna、mirna、cdna、反义rna/dna、低分子化合物、肽、抗体等。

54、可选地，所述tmem100基因的编辑系统为shrna和sirna抑制tmem100基因表达的操作系统。

55、根据所述的应用，所述tmem100基因的编辑系统为sirna抑制tmem100基因表达的操作系统。

56、本发明利用基因工程手段及rnai技术，对tmem100基因进行敲降，从转录和翻译水平上降低tmem100基因的表达，从线粒体氧化磷酸化水平验证了其可抑制米色脂肪产热功能。

57、第七方面，本发明还提供一种提升猪米色脂肪细胞分化效率和/或产热功能的方法，通过基因工程技术增加猪的tmem100基因的表达。

58、第八方面，本发明还提供一种降低猪米色脂肪细胞分化效率和/或产热功能的方法，通过基因工程技术降低猪的tmem100基因的表达。

59、借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点及有益结果：

60、本发明首次发现tmem100基因对于猪米色脂肪的形成和功能维持是不可或缺的，填补了增加猪米色脂肪分化效率的研究空白，提供了一种增加tmem100基因的表达促进猪米色脂肪细胞分化及产热的方法，为增加猪米色脂肪细胞的形成提供了理论基础，对利用米色脂肪对猪进行脂肪沉积调控、研究脂肪代谢相关疾病具有重要意义。