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解码HOXA13的调控程序：多组学分析揭示其在调控肉鸡腹脂沉积中的作用

Homeobox A13,表观遗传,腹部脂肪,前体脂肪细胞分化

摘要：（引言）肉鸡腹部脂肪过度积累是制约节粮型畜牧业发展的重大瓶颈，解析腹部脂肪沉积的调控机制至关重要。前脂肪细胞的成熟受复杂的转录调控网络支配，其中HOX基因家族在多种细胞生理过程中发挥着核心调控作用。团队前期研究发现第14日龄可能是肉鸡腹部脂肪前脂肪细胞分化的关键生理阶段。本研究整合RNA-seq、ATAC-seq、ChIP-seq和IP-MS等多组学技术，旨在从表观基因组水平挖掘驱动肉鸡腹脂沉积的关键调控因子并阐明其分子机制。（材料与方法）试验选取300只1日龄爱拔益加肉鸡，分别于3、14、28、42日龄随机选取12只肉鸡采集腹部脂肪样本。此外，利用永生化鸡前脂肪细胞（ICP2）进行Homeobox A13（HOXA13）的功能验证与机制解析，并利用腺相关病毒（AAV）介导的体内原位表达在14日龄肉鸡腹脂中过表达HOXA13。（结果与讨论）通过对肉鸡腹部脂肪（第3天vs第14天）进行RNA-seq与ATAC-seq整合分析，鉴定出HOXA13可能为关键调控因子，其在RNA-seq的转录因子以及ATAC-seq的DNA motif中均被富集。HOXA13在转录组中表现出约9倍的差异表达；Western blot结果显示，HOXA13蛋白水平随腹脂发育显著下降，且在油酸诱导的ICP2分化过程中也显著下调，提示其可能负调节前脂肪细胞分化。将ICP2细胞ATAC-seq的DNA motif与腹部脂肪组织的RNA-seq和ATAC-seq进行整合，发现HOXA13也是共享的，突出了该因子在调节前脂肪细胞分化中的重要性。据此，我们假设HOXA13通过结合靶基因启动子区域来调控前脂肪细胞的增殖或分化。利用JASPAR数据库进行启动子分析发现，HOXA13在PPARγ、CPT1A、FABP4和PPARα等脂代谢相关基因启动子区存在多个高置信度结合位点。基因功能结果显示，敲低70%的HOXA13显著促进了油酸诱导下ICP2细胞的甘油三酯蓄积与脂滴沉积，并伴随C/EBPα、FABP4蛋白表达的上调及CPT1A丰度的下调；过表达实验则观察到相反表型，表明HOXA13是前脂肪细胞分化的抑制因子。Flag-HOXA13标记的ChIP-seq分析显示，诱导分化后共获得1,978个结合增强峰和478个结合减弱峰，分别对应1,756个和454个基因。ChIP-seq与ATAC-seq联合分析表明，CDK1、FOXO1和SREBF1基因区域的染色质开放性与HOXA13结合强度呈显著负相关。此外，通过免疫共沉淀偶联质谱（IP-MS）分析，在油酸诱导分化后鉴定出227个与HOXA13相互作用的蛋白。IP-MS分析在诱导分化后的细胞中鉴定出227个HOXA13互作蛋白。通过ATAC-seq、ChIP-seq和IP-MS的多组学整合分析筛选出7个重叠候选因子，并通过Co-IP验证了其中一个因子CPT1A与HOXA13的直接物理相互作用，提示HOXA13可能通过该相互作用发挥抑制成脂分化功能。最后，体内试验证实，原位注射AAV过表达HOXA13显著降低了肉鸡腹脂率及脂肪细胞的直径与面积，并且抑制了腹部脂肪组织中成脂基因和蛋白的表达同时促进了脂质氧化分子的基因和蛋白表达。（结论）综上所述，本研究揭示了HOXA13通过介导关键位点的染色质重塑及与CPT1A相互作用来协同调控前体脂肪细胞分化，发挥负调控因子作用。研究结果为禽类脂质代谢调控提供了新靶点，也为低脂肉鸡的遗传选育提供了理论依据。