Nature等三连发:「神秘」组织与大鼠运动的多组学研究

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在大洋彼岸,有一个叫做 MoTrPAC 的「神秘」组织。

这是美国国立卫生研究院(NIH)的下属组织,全称为 The Molecular Transducers of Physical Activity Consortium(体育活动分子传感器联盟)。

MoTrPAC 成立于2016年,据NIH官网介绍,其旨在 “从分子层面揭示运动如何改善和保持人体组织及器官的健康”。

图1 图源:nih.gov

5月初,MoTrPAC 及合作者在 Nature、Nature MetabolismCell Metabolism 等期刊一口气发表了多篇有关大鼠运动的多组学研究。

01

Nature|多组学揭示:耐力运动引发的分子改变

图2 论文截图

5月1日,MoTrPAC研究团队在 Nature 发表了题为 Temporal dynamics of the multi-omic response to endurance exercise training 的论文,探索了耐力运动训练对整体机体多组学反应。

研究人员对耐力运动训练对6个月大的雄性和雌性Fischer 344大鼠的影响进行了研究,对大鼠进行了不同时间段(1周、2周、4周、8周)的运动训练。采用了基因组学、蛋白质组学、代谢组学和蛋白质免疫测定技术,分析了全血、血浆和18种实体组织。

图3 研究设计和多组学数据集摘要

这项研究涵盖了19种组织、25种分子平台和4个训练时间点的9,466项检测,发现了数以千计的共享和组织特异性分子改变,并在多个组织中发现了性别差异。

研究描述了通过多组学分析揭示的耐力运动训练对大鼠组织和性别的多方面影响,揭示了运动训练引起的分子适应性的动态变化和相关的生物学机制。

文章链接
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06877-w

欧米解读
Nature|多组学揭示:耐力运动引发的分子改变

 

02

Nat Metab|性别差异中的运动训练对脂肪代谢的影响

图4 论文截图

5月1日,MoTrPAC 的研究团队及合作者在 Nature Metabolism 发表了新的文章 Sexual dimorphism and the multi-omic response to exercise training in rat subcutaneous white adipose tissue,介绍了性别和运动训练对大鼠皮下白色脂肪组织(scWAT)的多组学响应。

文章主要研究了运动训练对皮下白色脂肪组织(scWAT)的影响,并使用了多组学数据(代谢组学、蛋白质组学和转录组学)揭示了性别差异在代谢途径、蛋白质水平和脂质代谢中的不同响应模式。

图5 耐力运动训练对多组学scWAT适应性的性别差异

具体来说,静息状态下雌性大鼠的scWAT显示与胰岛素信号通路和脂肪生成相关的组学特征,而雄性大鼠的scWAT则富集于与有氧代谢相关的术语。这些性别特异性的组学特征在运动训练后得到保留或增强。多组学分析与表型测量的整合鉴定了预测性别差异训练响应的分子枢纽。

总的来说,这项研究提供了对scWAT对运动训练的性别特异性响应的全面分析,强调了性别对脂肪组织生物学的强大影响,为未来的研究提供了重要的参考。

文章链接
https://www.nature.com/articles/s42255-023-00959-9?utm_medium=external_display&utm_source=stork&utm_content=email&utm_term=null&utm_campaign=CONR_JRNLS_AWA1_CN_CNPL_0034V_STKRE

 

3

Cell Metab|多组学揭示:运动对大鼠线粒体的复杂影响

图6 论文截图

5月2日,MoTrPAC 的研究团队及来自斯坦福大学等单位的合作者在 Cell Metabolism 发表了新的研究:The mitochondrial multi-omic response to exercise training across rat tissues,揭示了大鼠各种组织中线粒体对耐力训练的多组学反应。

研究人员使用了6个月大的F344大鼠,进行了1、2、4或8周的渐进性耐力训练。结果显示,耐力训练后大鼠的最大摄氧量(VO2max)得到了显著提高,同时在部分组织中观察到线粒体生物标志物的变化。

图7 图文摘要

研究通过对19种大鼠组织中线粒体分析的时间性多组学变化(表观基因组、转录组、蛋白质组、代谢组等),研究揭示了耐力训练对肾上腺、棕色脂肪、结肠、心脏和骨骼肌等组织的显著影响。此外,研究发现运动诱导的蛋白质网络在2型糖尿病和肝硬化中下调,进一步指出了运动对线粒体功能的重要性。

总的来说,耐力训练对不同组织中的线粒体产生了复杂的影响,这些影响在时间和性别上存在差异,并与组织特异性的生物学过程相关,且这些影响可能与对疾病风险的降低相关。

文章链接
https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(23)00472-2#

欧米解读
Cell Metab|多组学揭示:运动对大鼠线粒体的复杂影响


研究的共性和个性

这3篇让大鼠「运动」起来的文章,基本有以下共性:

● 所有研究都关注运动训练对大鼠不同组织的分子影响;

● 使用多组学方法(转录组、蛋白质组、代谢组)进行综合分析;

● 关注基因表达变化及其对健康和疾病的潜在影响;

● 涉及性别差异和训练时间点的影响。

 

除以上共性外,这三篇文章和而不同、各有千秋:

★ 第一篇 Nature 的文章关注不同时间点的大鼠运动训练效果及其分子变化过程,强调了短期和长期训练对分子层面的不同影响;

★ 第二篇 Nature Metabolism 的文章强调性别差异对运动训练响应的影响,详细探讨了雄性和雌性大鼠在白色脂肪组织(scWAT)的多组学响应。

★ 第三篇 Cell Metabolism 的文章重点研究线粒体在多种组织中的反应,并提供了与人类疾病相关的差异蛋白质特征的比较。

总的来说,这几篇文章共同展示了运动训练对大鼠多组织、多层次的分子影响,强调了性别和时间点的差异,以及这些变化在健康和疾病中的重要性。每篇论文都有其独特的研究焦点和方法,为理解运动生物学提供了丰富的数据和见解。

以蛋白质组学为代表的多组学研究方法,能突破单一组学研究的局限性,深度理解各个分子之间的调控及因果关系,帮助研究人员发现新的治疗靶点和生物标志物,为疾病诊疗和药物开发提供更有力的科学支撑。

 

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