维甲酸平衡在胚胎发育中起着至关重要的作用,维甲酸缺少和维甲酸过多均会导致先天畸形和发育缺陷。SIRT1,哺乳动物最保守的NAD+依赖去乙酰化修饰酶,是细胞代谢感受因子。SIRT1参与调控一系列细胞功能,延长哺乳动物寿命,并影响代谢和衰老相关的疾病。SIRT1全身系统性敲除小鼠导致多器官组织的严重发育缺陷。但是,SIRT1敲除小鼠发育缺陷的重要表型的分子机制还十分不清楚。本研究利用细胞体内同位素标记技术(SILAC)结合细胞,SIRT1全敲除转基因小鼠及SIRT1组织特异性敲除小鼠等实验模型,发现SIRT1参与并调控细胞内维甲酸信号通路,并通过去乙酰化修饰细胞内维甲酸结合蛋白Ⅱ(CRABPⅡ)调节小鼠胚胎干细胞分化。过度激活的维甲酸信号通路是小鼠胚胎发育缺陷的重要原因。具体研究结果如下:1.SILAC结合质谱分析发现,SIRT1 KO MEF细胞中CRABP蛋白高度乙酰化并存在多个乙酰化位点。2.CRABPⅡ是SIRT1的去乙酰化修饰底物,维甲酸诱导下SIRT1结合并去乙酰化修饰CRABPⅡ的K102位点。3.通过去乙酰化修饰CRABPⅡ,SIRT1在细胞水平和动物水平降低CRABPⅡ的细胞核转移并抑制维甲酸受体(RAR)的转录活性,从而下调维甲酸信号通路。4.SIRT1缺失引起维甲酸信号高度激活,从而导致维甲酸诱导的胚胎干细胞(m ESCs)分化明显增强,伴随分化基因诱导增加。5.Microarray进一步支持SIRT1在维持胚胎干细胞多功能干细胞潜能中非常重要。6.在SIRT1缺失m ESCs中进一步沉默CRABPⅡ能部分逆转SIRT1缺失m ESCs的高度分化表型。证明SIRT1通过对CRABPⅡ的调控来调节胚胎干细胞的分化。7.SIRT1缺失小鼠的多种发育缺陷,包括小鼠软骨内骨化中心矿化延迟,与其维甲酸信号高度增强呈显著相关。本课题研究发现SIRT1一个崭新的去乙酰化修饰蛋白底物CRABPⅡ,揭示了维甲酸信号通路的崭新分子机制,并点亮了SIRT1在胚胎干细胞分化潜能维持和胚胎发育中的重要作用。SIRT1是一个对细胞代谢和环境信号极其灵敏的关键代谢感受因子,因此这条SIRT1/CRABPⅡ/RAR信号通路将为影响动物发育的基因-环境相关研究提供新的理论基础和方向。