Adv Sci：刘佳利/陈娟/丁德强合作阐明PARN维持RNA稳定性以调节胰腺β细胞中的胰岛素成熟和GSIS

糖尿病是一种以高血糖为特征的代谢紊乱，它强调了正常胰腺β细胞发育和功能在维持葡萄糖稳态方面的重要性。多聚腺苷酸特异性核糖核酸酶(PARN)是信使RNA(mRNA)稳定性的主要调节剂，但它在胰腺β细胞中的具体作用仍不清楚。

2024年9月19日，中国农业大学刘佳利、陈娟、同济大学丁德强共同通讯在Advanced Science 在线发表题为“PARN Maintains RNA Stability to Regulate Insulin Maturation and GSIS in Pancreatic β Cells”的研究论文。该研究利用β细胞靶向PARN缺陷的小鼠来阐明这一作用。

值得注意的是，Parn条件性基因敲除小鼠的β细胞发育和胰岛素敏感性没有改变，但葡萄糖刺激的胰岛素分泌(GSIS)减少。观察到的结果在NIT-1细胞中得到证实。此外，转录组分析表明，在PARN缺陷的β细胞中，对胰岛素分泌至关重要的基因的mRNA表达异常。从互补DNA末端线性扩增以及测序和共免疫沉淀实验中得出的结论是，PARN与多聚嘧啶链结合蛋白1(PTBP1)之间存在相互作用，从而调节溶质载体家族30、成员8(Slc30a8)和碳水化合物磺基转移酶3(Chst3)的RNA稳定性。PARN或PTBP1的干扰会破坏这种稳定性。这些数据表明，PARN缺乏会通过破坏Slc30a8和Chst3RNA的稳定性来阻碍GSIS和胰岛素成熟。这些发现提供了令人信服的证据，表明PARN是增强胰岛素成熟和分泌的潜在治疗靶点。

糖尿病表现为一种多方面的代谢紊乱，以慢性高血糖为特征，通常分为妊娠糖尿病、CNOT1型糖尿病、2型糖尿病(T2DM)或其他特定类型。病因包括胰岛素分泌中断、胰岛素活性异常或两种因素的组合。成熟胰岛素由30个残基的B链和21个残基的A链组成，通过两个二硫键相互连接，在葡萄糖调节中起着关键作用。胰岛占胰腺体积的约1-2%，并容纳β细胞，β细胞占胰岛细胞群的60-70%。β细胞合成和分泌胰岛素对于维持生物体的正常代谢过程至关重要。

响应葡萄糖而合成胰岛素涉及多个水平的复杂调节，包括转录、翻译和翻译后过程。RNA结合蛋白(RBP)是一类结构和功能各异的蛋白质，在mRNA和非编码RNA的转录后调控中发挥着至关重要的作用。它们的影响范围包括RNA剪接、运输、修饰、稳定性和翻译。值得注意的是，转录后调节剂包括ELAV类RNA结合蛋白4(HuD)、蛋白质二硫键异构酶(PDI)和多聚嘧啶链结合蛋白1(PTBP1)等RBP，它们通过与胰岛素mRNA的非翻译区(UTR)结合而对胰岛素表达产生作用。mRNAUTR中的顺式作用序列元件与反式作用因子（包括microRNA和RBP）协同作用，动态调节β细胞对外界刺激的翻译，从而促进葡萄糖稳态。关键调节因子如CUG结合蛋白1激活磷酸二酯酶3B(PDE3B)，影响胰岛素分泌，而DEAD盒1(DDX1)介导的胰岛素翻译抑制会加剧肥胖个体的胰岛素抵抗，导致血糖水平升高。这些发现强调了RBPs在维持小鼠β细胞功能方面的重要作用。

PARN抑制会损害NIT-1和β-TC6细胞中葡萄糖刺激的胰岛素分泌，并且成功在β细胞中选择性删除PARN（图源自Advanced Science ）

在真核细胞中，mRNA合成与降解之间的平衡对于mRNA稳态至关重要。脱腺苷酸化，即从poly(A)尾部去除腺苷残基，是mRNA降解途径中的主要和关键步骤。在哺乳动物中，碳分解代谢抑制4(CCR4)阴性TATA-less(NOT)复合物是主要的脱腺苷酸酶，而CNOT1是关键的催化亚基。研究表明，缺乏CNOT1的小鼠表现出白色脂肪组织和棕色脂肪组织质量下降，这强调了CCR4-NOT复合物在调节基因表达以及随后对胰岛素敏感性、脂质代谢和体温控制的影响方面的作用。然而，脱腺苷酸酶对胰岛素合成和分泌的影响仍不清楚。多聚腺苷酸特异性核糖核酸酶(PARN)是一种重要的哺乳动物脱腺苷酸酶，它独特地结合5'帽结构和3'多聚腺苷酸尾，从而增加mRNA降解率和可加工性。因此，作者的研究旨在阐明PARN是否在胰岛素合成或分泌过程中发挥明显作用。

在作者目前的研究中，作者最初观察到在高葡萄糖条件下Parn敲低的NIT-1细胞中胰岛素分泌减少。作者随后生成了β细胞特异性Parn敲除的小鼠，以系统地评估PARN在β细胞功能中的作用。有趣的是，在小鼠模型中，PARN的缺失并没有导致胰岛形态、β细胞质量、胰岛大小或胰岛素敏感性发生明显改变。然而，它表现为葡萄糖不耐受、胰岛素不成熟和葡萄糖刺激的胰岛素分泌(GSIS)显著减少。这些发现强调了PARN缺乏对葡萄糖代谢和胰岛素分泌方面的具体影响，而不会明显影响小鼠β细胞中的关键结构和敏感性参数。

参考消息：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202407774