组蛋白乙酰化酶P300协同MRTFs激活心肌肥厚标志基因表达

摘要

心肌肥厚是最常见的心脏疾病病理改变之一,心肌肥厚进一步发展所导致的心力衰竭和/或心律失常,仍然是造成死亡的主要原因。心肌肥厚的发生与一些心肌胚性基因的表达增强密切相关,比如心房利钠因子(ANF)、心肌-α-肌动蛋白(α-actin)、肌球蛋白重链(MHC)。但心肌肥厚的发病机制,特别是分子机制至今仍未阐释明了。
　　 血清反应因子(SRF)是一种广泛存在的调控因子,尤其与肌性细胞的发育密切相关。它通过和顺式作用元件CarG盒子结合而作用于靶基因,调控下游基因的表达。SRF可以和许多共转录因子结合形成转录复合物,这是它在不同细胞分化过程中作用不同的原因。而myocardin可能是迄今为止发现的SRF最强有力的协同转录因子,它特异地在心脏和平滑肌细胞表达。它通过与SRF发生蛋白-蛋白相互作用形成复合物,结合到靶基因启动子CarG盒子元件上,激活心肌肥厚标志基因(包括ANF、α-actin等)表达,调控细胞的分化和增殖,影响心脏和平滑肌细胞的发育、生长、分化和凋亡。其家族成员包括MRTF-A和MRTF-B,不同于myocardin,它们的分布是全身性的。本室先前的研究已经证实,Myocardin和MRTF-A可以诱导心肌肥厚。但是,MRTFs在心肌肥厚过程中的调控机制尚待阐释。
　　 组蛋白乙酰化酶(HATs)乙酰化组蛋白的氨基酸末端,使核小体的结构由紧密型变为疏散型,允许转录激活因子接近DNA,诱导基因表达。研究已证明,HATs及组蛋白的过度乙酰化促发心肌肥厚,但有关蛋白质转录因子和/或协同转录因子如何与HATs影响心肌肥厚仍待进一步研究。先前的研究显示在平滑肌细胞中,组蛋白乙酰化酶P300与Miyocardin/MRTF-A-SRF复合物相互作用,协同诱导相关分化标志基因的表达。但是,它们在心肌细胞和心肌肥厚过程中的相互作用及其机制尚不清楚。
　　 本研究试图通过研究p300与myocardin/MRTF-A在心肌细胞中的相互作用和心肌肥厚动物模型中的相互关系,揭示组蛋白乙酰化/去乙酰化在myocardin诱导的心肌肥厚中的作用及其可能的分子机制,为心肌肥厚发病机制,提供重要的基础理论研究,及针对病理机制的新药开发和临床防治提供前期研究。
　　 本研究在cos7细胞和心肌细胞中,利用报告基因检测技术研究了p300和myocardin/MRTF-A协同增强下游基因启动子的转录活性。结果显示,p300-myocardin和p300-MRTF-A均能增强ANF、α-actin、MHC启动子的活性,特别是ANF。不过,p300单独的转录激活作用不明显,这意味着p300对myocardin和MRTF-A的转录激活是通过与SRF相互作用并结合于顺式作用元件CArG盒子,进而调节心肌肥厚标志基因ANF的表达,参与调控心肌肥厚的病理过程。通过比较我们发现,Myocardin和p300-Myocardin的作用强于MRTF-A和p300-MRTF-A,这一结果也符合先前的报道。而通过去乙酰化酶HDAC5对myocardin、MRTF-A、p300-Myocardin和p300-MRTF-A作用的研究发现,HDAC5有明显的抑制作用,这部分说明,p300对myocardin/MRTF-A的协同激活作用可能是通过乙酰化组蛋白来实现的。
　　 通过在心肌细胞中p300协同myocardin和MRTF-A的转录,利用形态观察、RT-PCR、Western blot等方法研究p300协同转录因子myocardin和MRTF-A对心肌肥厚的诱导作用。结果发现组蛋白乙酰化酶p300能够协同myocardin和MRTF-A增加内源性心肌肥厚分化标志基因ANF、α-actin、MHC的表达,诱导心肌细胞肥厚。
　　 利用腹主动脉结扎手术,建立大鼠心肌肥厚的动物模型,比对分析对照组与模型组形态学的病理改变;通过免疫组化、RT-PCR和Western blot技术,检测动物模型中内源性myocardin、MRTF-A、p300、HDAC5、分化和增殖标志基因的mRNA和蛋白水平的表达差异。结果显示,在肥厚模型中,分化标志基因的表达明显增强,增殖标志基因的表达相应降低;同时,可以看到尽管myocardin的表达量无明显变化,但MRTF-A和p300的表达量在模型组中均上升。这意味着p300与HDAC5在心肌肥厚中发挥着相反的作用,而这一作用,至少部分程度上,是通过激活或抑制myocardin/MRTF-A的转录活性来实现的。而组蛋白乙酰化酶和去乙酰化酶表达量的平衡被破坏,在一定程度上,可能是心肌肥厚发生的原因之一。当然,这有待进一步的研究证实。