CHIP促进心肌素泛素化和降解及抑制平滑肌细胞分化的分子机理

摘要

正常血管平滑肌细胞(SMC)高度分化，但是在血管损伤效应发生时，SMC则向增殖表型转换。研究表明许多因素包括生长因子、细胞因子、转录因子等可调节血管SMC表型转化。其中心肌素(myocardin)是近年来在平滑肌细胞分化和表型转换方面具有重要意义的一个发现。目前已知，心肌素是最有效的SRF(serum response factor)共同激活因子，通过Q—富集功能区与SRF结合形成复合物，激活CArG盒子依赖的平滑肌细胞标志基因的表达，是平滑肌细胞发育和分化所必需的共激活转录因子。但是到目前为止，调节心肌素蛋白水平和活性的分子机制尚未完全阐明。 近年来，人们发现转录后修饰特别是磷酸化、Sumoylation和泛素化对底物蛋白和酶的活性具有重要的调节作用。其中，泛素E3连接酶可有效地识别和泛素化蛋白底物，促进其被泛素—蛋白酶体系统(ubiquitin-Proteasome system)降解。CHIP(Hsc70羧基末端反应蛋白)是一个重要的控制蛋白质量的泛素E3连接酶，可促进多种蛋白底物被泛素—蛋白酶体系统降解和清除，在心肌细胞损伤、细胞凋亡、肿瘤、热应急等方面起着非常重要的作用。但是CHIP调节SMC表型转换和动脉血管收缩性的分子机制尚未见报道。 因此，本研究主要探讨了CHIP调节心肌素的蛋白水平和活性，促进SMC表型转化的分子机制。本文发现： 1)过度表达CHIP不仅抑制心肌素依赖的SMC标志基因如SMα—actin，SM—MHC和SM22α的表达，显著降低SM22α—luc或ANF—luc荧光素酶报告基因活性和心肌素的蛋白水平，而且这种抑制效应依赖于CHIP U—box结构域的存在。 2)转染siRNA—CHIP不仅促进SMC标志基因的表达，而且使SM22α报告基因活性明显增加。 3)GST-Pull down和免疫共沉淀实验证实CHIP在体内外均可与心肌素直接相互结合，而不是通过Hsp70和Hsp90。CHIP正负电荷区是结合心肌素的结构域，而心肌素C末端的TAD转录激活区是结合CHIP的结构域。免疫组化染色显示它们共定位于SMC胞浆中。 4)Pulse—chase实验结果表明CHIP能明显下调心肌素的蛋白水平，而且这种作用可以被蛋白酶体抑制剂MG132阻断。体内外泛素化实验进一步证明CHIP可以促进心肌素泛素化和降解，而且这种泛素化过程依赖于CHIPE3连接酶活性。同时，心肌素的TAD结构域是被CHIP泛素化所必需的。 5)CHIP介导的心肌素泛素化依赖GSK—3β诱导的磷酸化修饰。 6)在动脉环中过度表达CHIP可明显降低血管心肌素蛋白水平及其所依赖的SMC标志基因的表达，而且动脉环收缩性明显降低，舒张性明显增加。 本研究结果表明CHIP可通过泛素—蛋白酶体系统降低心肌素的蛋白水平和转录活性，抑制SMC表型转换和血管收缩性。这一机制的阐明可能为动脉粥样硬化、高血压和老年痴呆症等重大疾病的防治提供了重要的新思路。

目录

文摘

英文文摘

声明

前言

材料与方法

1 材料

1.1 原代细胞和细胞系

1.2 菌株

1.3 质粒

1.4 抗体

1.5 培养基、试剂盒和主要试剂

1.6 主要溶液的配制

1.7 引物序列和siRNA序列

1.8 主要仪器设备

2 实验方法

2.1 质粒的构建

2.2 原代SMC和细胞系的复苏、培养、传代和冻存

2.3 转染和感染

2.4 RT-PCR检测基因的表达量

2.5 Western blotting

2.6 免疫共沉淀

2.7 免疫组织化学

2.8 GST重组蛋白的表达及纯化

2.9 体外泛素化反应

2.10 体内泛素化反应

2.11 荧光素酶活性检测系统

2.12 大鼠胸主动脉病毒感染及血管环舒缩功能的测定

实验结果

1.1 CHIP通过降解心肌素蛋白而抑制其依赖的平滑肌细胞标志基因的表达

1.2 CHIP siRNA增强心肌素依赖的SMC 收缩基因的表达和转录活性

1.3 明确CHIP与心肌素之间的相互作用

1.4 鉴定CHIP与心肌素相互作用的结构域

1.5 CHIP促进心肌素的泛素化和降解

1.6 CHIP泛素化和降解心肌素依赖于其磷酸化

1.7 CHIP抑制了血管平滑肌收缩基因的表达和血管的收缩舒张功能

讨论

小结

参考文献

附录1英文名词及缩写

附录2 发表的文章

附录3 综述：心肌素与心血管疾病的研究进展

附录4 致谢

附录5 个人简历