碳水化合物对基因表达的调控机理

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碳水化合物对基因表达的调控
    碳水化合物对许多基因的表达有调控作用,主要表现在碳水化合物在胃肠道被消化成葡萄糖并吸收入血以后,葡萄糖能够刺激脂肪组织、肝脏和胰岛β细胞中脂肪合成酶系和糖酵解酶基因的转录。下面以葡萄糖对肝细胞中L-丙酮酸激酶(L-PK)基因和S14基因的表达调控为例,介绍碳水化合物对基因表达的调控机制及意义。
    L-PK基因编码的蛋白为L-丙酮酸激酶,是葡萄糖酵解途径中的关键限速酶;S14基因编码一种含硫蛋白,甲状腺素、碳水化合物和脂肪等对其表达有明显的调节作用,并且与脂肪合成酶基因表达有明确的相关性,因此它在脂肪代谢方面起着重要作用。L-PK基因和S14基因都存在能对葡萄糖做出特异应答反应的元件(葡萄糖反应元件)。L-PK基因的葡萄糖反应元件位于启动子的2172～2124bp ,而S14基因的葡萄糖反应元件位于启动子的21457～21428bp,二者10个碱基对中有9 个是相同的,均具有一个共同的序列5′-CACGTG-3′,这表明两种基因表达都受一个共同的调节因子调控。L-PK基因的启动子有两个因子结合位点,一个位点与上游刺激因子(USF)结合,USF 属于C-myc家族普遍表达的成员,起转录因子作用。另一个位点与肝增强因子(HNF-4)或肝核因子结合,属于类固醇P甲状腺素受体家族的一种孤儿受体 ,起转录辅助因子作用。USF 因子结合位点和HNF-4 因子结合位二者必须同时存在,才能对葡萄糖做出应答反应,从而调节基因转录。但USF 因子结合位点起主要作用(主要接收葡萄糖代谢产生的信) ,HNF-4因子结合位点起辅助作用。S14 基因的启动子也含有两个因子结合位点,一个是与L-PK基因相同的USF 结合位点,另一个是辅助因子结合位点,但辅助因子目前还不明确。同样,二者必须联合在一起才能使S14 基因对葡萄糖浓度变化做出应答。由于L-PK基因和S14基因都含有共同的USF 结合位点,并能对葡萄糖和胰岛素做出应答,因此USF 结合位点又被称为葡萄糖P胰岛素反应元件(GIRE) 或碳水化合物反应元件(ChoRE) 。
    葡萄糖在葡萄糖激酶作用下形成的葡萄糖-6-磷酸, 是刺激基因表达的直接信号分子。而葡萄糖激酶的表达受胰岛素调控,因此胰岛素通过刺激葡萄糖激酶表达,加快葡萄糖代谢,从而对基因表达间接发挥作用。但胰岛素并不是必需的,一旦葡萄糖激酶数量和活性足够,在葡萄糖刺激基因转录中则不再需要胰岛素。
    葡萄糖-6-磷酸可能通过两种方式激活USF。一种方式是葡萄糖-6-磷酸可与USF 结合形成复合物,然后再与USF 结合位点结合,从而调节基因转录;另一种方式是葡萄糖-6-磷酸激活一种蛋白激酶,使USF 发生磷酸化或去磷酸化从而影响USF 与DNA 特异序列的结合。
    意义：肝脏中糖酵解产生的丙酮酸,进入三羧酸循环后不是进行进一步的氧化、产生能量,而是作为合成脂肪的底物。长期摄入高碳水化合物膳食,可导致肝脏细胞中脂肪堆积并引起肥胖。
    因此为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摄入,另一方面可通过对葡萄糖刺激L-PK基因表达的途径进行干预,如可利用葡萄糖激酶抑制剂,以及USF和HNF-4等转录因子抑制剂等抑制L-PK基因的表达,从而降低脂肪合成。相反,如果L-PK活性过低,影响了脂肪的正常合成,可针对上述途径应用激活剂来刺激L-PK基因的表达。

hahachina

产生丙酮酸不足会有什么后果呢?

悠然南山

恩，@@007:营养基因组学