PNAS 复旦大学葛均波院士/孙爱军教授团队与倪挺教授团队合作揭示调控心梗后心肌损伤的新机制
2023-10-20 论道心血管 论道心血管 发表于威斯康星
该研究首次在人缺血性心衰与小鼠心梗模型中揭示了保守的3′ UTR变长的动态变化规律。
心肌梗死(Myocardial infarction, MI)是一种由冠状动脉血栓性闭塞引起的严重临床症状，与全球发病率和死亡率的上升有关。尽管近几十年来在冠脉介入、药物以及其他疗法上有了较多的进展，但由于心梗后细胞的进行性死亡和不良的心脏重塑，相当部分患者发展为心力衰竭(Heart Failure, HF)。降低缺血性心衰的发生率已成为一个亟待解决的临床问题，然而目前仍缺乏有效的临床治疗策略。因此，对心肌梗死后心力衰竭的发病机制的深入研究将为缺血性心衰的临床治疗策略和靶点的革新奠定基础。
选择性多聚腺苷酸化(Alternative polyadenylation, APA)是指基因选择不同的polyadenylation (PA)位点进行加尾从而产生不同3′末端的转录本的现象。APA是一种重要的转录后调控方式，发生在3′非翻译区(3′ untranslated region, 3′ UTR)上的APA产生编码区相同但3′ UTR长度不同的转录本，影响microRNA (miRNA)、RNA结合蛋白(RNA binding protein, RBP)等反式作用因子与其相结合，导致长短不同3′ UTR转录本的稳定性、翻译效率以及亚细胞定位等不同。APA参与调控多种细胞状态的维持以及疾病的发生，包括胚胎发育、细胞应激反应、癌症发生、细胞衰老等。最近的一些研究强调了APA在多种心脏疾病中的功能，但目前APA在缺血性心力衰竭中的作用仍不清楚。
2023年10月10日，复旦大学葛均波院士/孙爱军教授团队与倪挺教授团队合作在PNAS上发表了题为“Downregulation of apoptotic repressor AVEN exacerbates cardiac injury after myocardial infarction”的研究。该研究首次在人缺血性心衰与小鼠心梗模型中揭示了保守的3′ UTR变长的动态变化规律，阐明了APA介导的AVEN的3′ UTR变长是促进心梗后心肌细胞凋亡的新机制，同时也为临床上治疗心梗后心肌损伤提供了新的角度和潜在的治疗靶点。
首先，该研究通过分析公开发表的缺血性心肌病病人左心室样本的RNA-seq数据，发现相较于对照样本，人缺血性心肌病中有全基因组范围内3′ UTR变长的动态规律；在不同缺血时间的人左心室心肌样本和小鼠心肌梗死模型的RNA-seq数据中也同样发现了全基因组范围内的3′ UTR变长的规律，提示心肌缺血导致全基因组水平的3′ UTR变长可能是一种普遍且相对保守的分子机制。
接着，研究者进行了一系列分析以及实验筛选，最终定位到了一个凋亡抑制因子AVEN，其在人缺血性心肌病及小鼠心梗模型中3′ UTR变长，表达下调。基于外源表达载体的实验发现，AVEN长3′ UTR的转录本RNA稳定性较低，且翻译出更少的蛋白，提示AVEN长3′ UTR负调控其基因表达。
为了探究AVEN基因在心肌细胞中的功能，研究者在人心肌细胞系AC16、乳大鼠原代心肌细胞中敲低AVEN发现能够促进细胞凋亡。利用腺病毒过表达AVEN，发现能抑制BAX表达，促进BCL2表达，提示AVEN在心肌细胞中的抗凋亡功能。进一步的体内实验证明，利用AAV9在心肌细胞中过表达AVEN能抑制小鼠心肌梗死模型后的心肌细胞凋亡，恢复心功能。
前人研究显示，APA可通过改变3′ UTR的长度，逃脱一些miRNA、RBP等的调控，影响基因表达与定位。本研究通过筛选并结合Luciferase报告基因实验验证发现，miR-30b-5p和miR-30c-5p特异性结合在AVEN长的3′ UTR上抑制其表达。
对于心梗后3′ UTR变长的上游调控因素，研究者发现在小鼠心梗模型中APA的核心加工因子整体表达上调。有意思的是，其中已有报道能促进3′ UTR变长的因子CPSF6、PABPN1、SRSF3、NUDT21等在小鼠心梗模型以及人缺血性心肌病中均显著上调。进一步分析发现，这些因子的上调均能部分解释在心梗后观察到的3′ UTR变长的规律。而对于AVEN基因的APA调控因子，研究者通过实验筛选发现，心梗后PABPN1的高表达可能是促进AVEN 3ʹ UTR变长以及心肌细胞凋亡的潜在原因。
最后，研究者利用最新报道的CRISPR-iPAS工具，成功干预了AVEN PA位点的选择，部分促进了AVEN的3′ UTR变长，从而导致AVEN表达下调和细胞凋亡。
综上所述，本研究首次在人类和小鼠心肌梗死后心衰样本中发现了全基因组水平3′ UTR变长的动态调控规律，揭示了AVEN的APA作为一种调节心梗后心肌细胞凋亡的新机制，同时探索了AVEN APA的下游作用以及上游的调控机制，为临床上缓解心梗后心肌损伤提供潜在的治疗新靶点。
复旦大学生命科学学院博士生余鹏、复旦大学附属中山医院博士生宋帅、张晓凯为本文共同第一作者。复旦大学附属中山医院葛均波院士团队孙爱军教授和生命科学学院倪挺教授为本文共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金、国家杰出青年科学基金、上海市科学技术委员会基金、上海市教委创新计划项目资助。
原文链接:
https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2302482120
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不错，学习了。
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