Lysine Malonylation and SIRT5 in Epigenetic Regulation

表观遗传调控中的赖氨酸丙二酰化和 SIRT5

基本信息

  • 批准号:
    9198466
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3.3万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-01-01 至 2017-02-28
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT ABSTRACT Epigenetic factors have emerged as crucial players in metabolic disorders and in aging, both of which are typically associated with a wide range of gene expression changes. The overall objective of this proposal is to investigate the roles of a novel histone modification, lysine malonylation, and its regulation by the NAD+- dependent protein deacylase SIRT5, as a novel histone modifier in epigenetic regulation of gene expression in response to metabolic changes. The model is based on our recent identification of histone H2B lysine 5 (H2BK5) as a site of malonylation regulated by SIRT5. We propose that the dynamic malonylation of histone H2B by cellular malonyl-CoA and demalonylation by SIRT5 regulates chromatin structure and gene transcription. Two specific aims are developed to test this model globally in mouse liver and then mechanistically in cultured cells. First, genomic regions bound with malonylated histones (H2BK5) and SIRT5 will be compared using ChIP-seq using tissues from wild type and Sirt5-/- mice. These studies will aim to identify the sites of SIRT5-mediated histone demalonylation. The functional consequences of histone malonylation will be evaluated by comparing gene transcriptional changes using RNA-seq between wild type and Sirt5-/- mice. This data set will be compared to the sites where SIRT5 binds to the genome and demalonylates histones to identify the direct genomic sites of SIRT5 action. Second, we will study in mechanistic details how histone malonylation is dynamically regulated by SIRT5 and by fluctuations in cellular malonyl-CoA that occur during feeding and fasting in mice. In primary cultured mouse hepatocytes, we will also test the effect of feeding malonate (which is converted into malonyl-CoA intracellularly) and the effect of manipulating the cellular synthesis or degradation of malonyl-CoA via acetyl-CoA carboxylase (synthesis) and malonyl-coA decarboxylase (degradation). This research proposal takes the first step towards understanding the function of this newly discovered histone modification, malonylation, and its eraser, SIRT5, in epigenetic regulation. It will contribute significantly to our longstanding effort of unveiling the “histone code”, its intersection with intermediary metabolism, and to advance our knowledge of gene expression regulation by epigenetic factors. Results from the proposed project will therefore permit mechanistic follow-up studies of the significance of histone malonylation and SIRT5 in epigenetic regulation and how dysregulation may contribute to both pathological conditions, such as metabolic syndrome and diabetes, and to normal aging.
项目摘要 表观遗传因素已成为代谢紊乱和衰老的关键因素,这两者都是 通常与广泛的基因表达变化相关。该提案的总体目标是 研究新型组蛋白修饰赖氨酸丙酰化的作用及其受 NAD+- 的调节 依赖蛋白脱酰酶 SIRT5,作为基因表达表观遗传调控的新型组蛋白修饰剂 该模型基于我们最近鉴定的组蛋白 H2B 赖氨酸 5。 (H2BK5) 作为 SIRT5 调节的丙二酸化位点,我们提出组蛋白的动态丙二酸化。 H2B 通过细胞丙二酰辅酶 A 和 SIRT5 去丙二酰化调节染色质结构和基因 开发了两个具体目标来在小鼠肝脏中全面测试该模型,然后 首先,在培养细胞中,基因组区域与丙二酰化组蛋白 (H2BK5) 和 SIRT5 结合。 将使用 ChIP-seq 使用野生型和 Sirt5-/- 小鼠的组织进行比较。 确定 SIRT5 介导的组蛋白去丙二酰化位点 组蛋白的功能后果。 将通过使用 RNA-seq 比较野生型之间的基因转录变化来评估丙二酰化 Sirt5-/- 小鼠的数据集将与 SIRT5 与基因组结合的位点进行比较。 其次,我们将研究 SIRT5 作用的直接基因组位点。 机制详细介绍了 SIRT5 和细胞波动如何动态调节组蛋白丙二酸化 在小鼠的喂养和禁食期间发生的丙二酰辅酶A 在原代培养的小鼠肝细胞中,我们也会发现。 测试饲喂丙二酸(在细胞内转化为丙二酰辅酶A)的效果和 通过乙酰辅酶A羧化酶(合成)操纵丙二酰辅酶A的细胞合成或降解,以及 丙二酰辅酶A脱羧酶(降解)。 这项研究计划朝着了解这种新发现的组蛋白的功能迈出了第一步 修饰,丙二酰化,及其擦除器SIRT5,在表观遗传调控中将会做出重大贡献。 揭示“组蛋白密码”及其与中间代谢的交叉点的长期努力,并 我们对表观遗传因素基因表达调控的了解来自拟议项目的结果。 因此,将允许对组蛋白丙二酸化和 SIRT5 在 表观遗传调控以及失调如何导致这两种病理状况,例如代谢 综合征和糖尿病,以及正常衰老。

项目成果

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