环状RNA通过与蛋白PDK1和Akt互作促进心肌修复

来源: 上海康成生物工程有限公司   2017-11-8   访问量:895评论(0)

      作者所在课题组主要从事microRNA和circRNA在心脏疾病发生发展过程中的分子机制研究。近期,其实验室用Arraystar circRNA芯片对不同年龄段的心肌病组织样本进行筛查,发现在新生儿心肌病组织中高表达的circ-Amotl1通过与蛋白PDK1和Akt的互作在心肌修复过程中发挥积极作用。该文章发表在国际期刊Theranostics上(影响因子8.712)。(芯片实验由康成生物提供技术服务)

 

研究背景:

      据WHO统计,缺血性心脏病是导致死亡的主要原因之一。虽然心肌在梗死后具有一定的再生能力,但这有限的重塑性通常是不够的。心肌损伤可诱导心肌细胞和心肌成纤维细胞衰老和死亡。死细胞逐渐取代纤维瘢痕,扰乱正常的心室结构和功能。至关重要的是,心肌的年龄增长或衰老降低了其重塑再生的能力,这又进一步加剧了心血管疾病和损伤的风险。理解心脏重塑和心衰老的分子基础,对于这个严重的疾病的治疗和发展十分关键。

      Akt在细胞增殖、生存和凋亡等多种细胞过程中起着重要作用。正常情况下,Akt在细胞质中处于非激活状态。磷酸肌醇依赖蛋白激酶(PDK)可以磷酸化Akt,使其成为pAkt,进入细胞核发挥调控作用。杨教授最近发现一类新非编码 RNA(circRNA)可能在心脏重塑的细胞周期进程中起着至关重要的作用。杨教授已经发现有些circRNAs已经证明可以发挥miRNA海绵作用,但大部分的作用机制尚不清楚。之前研究发现,circ-foxo3在衰老表型受伤的心肌中高表达并且可以导致衰老。杨教授推测,circRNAs可能在调节心肌组织再生中发挥重要作用。

研究思路:

      为了研究CircRNA在心肌修复中发挥的作用,作者选取了3个新生儿心肌病及3个老年心肌病混合组织样本运用美国Arraystar circRNA芯片进行高通量筛选。从样本中筛选到具有两倍以上差异的分子,并从中挑选了宿主基因在心肌病中有报道的circ-Amotl1分子作为后续研究的指标。circ-Amotl1在新生儿心肌样本中显著高表达,其来源于Amotl1基因(Angiomotin-like 1)的第三外显子,为单一外显子形成的circRNA分子。qPCR验证表明,随着年龄的增加,circ-Amotl1的表达呈现逐渐下降趋势。

      在功能研究方面,作者构建circ-Amotl1过表达载体,在MCF7和YPEN等多个细胞系中验证,发现该circRNA可促进细胞增殖并抑制凋亡。针对circ-Amotl1进行RNAi则抑制增殖并促进凋亡。在四环素(DOX)诱导的心肌病小鼠模型中,对小鼠注射circ-amotl1质粒能够显著缓解心肌症状。

      在分子机制方面,文章重点验证了过表达circ-Amotl1会引起pAkt增多,并且抑制Akt会抑制circ- Amotl1对细胞增殖的影响。进一步,作者通过RIP实验拉取circ-Amotl1的复合物,证明其不是通过miRNA海绵来发挥作用,而是通过结合Akt和PDK1,激活Akt通路,促进其入核调控来发挥作用。

研究路线:

结果展示:

图一:Arraystar CricRNA芯片筛选的差异circRNA聚类图

图二:circ-Amotil在基因组中与宿主基因Amotl1的位置关系示意图

图三:qPCR验证circ-Amotil在新生儿中高表达,随着年龄升高表达降低

图四:circ-Amotil1通过结合Akt和Pdk1,促进Akt磷酸化及转运入核,从而促进心肌细胞增殖

 

研究意义:

      本文通过Arraystar circRNA芯片对不同年龄病人的心肌组织进行筛选,探究了circRNA在心肌修复中的作用。研究表明,circ-Amotl1是新生儿心脏中高表达分子并可以增强心肌功能。circ-Amotl1通过结合Akt和PDK1,诱导Akt磷酸化和pAkt核转运,激活Akt信号通路,促进细胞存活和增殖,并在DOXs诱导的心肌病中起到保护作用。circ-Amotl1可作为心肌修复潜在治疗剂。

原文出处:

A Circular RNA Binds To and Activates AKT Phosphorylation and Nuclear Localization Reducing Apoptosis and Enhancing Cardiac Repair. Theranostics.2017; 7(16):3842-3855

 



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