泛素化连接酶TRIM38在心肌肥厚中的作用及机制研究

Ubiquitin proteasome system plays a vital role in development of cardiac hypertrophy. It has been shown that all members of TRIM family have a RING domain and presumably work as E3 ubiquitin ligase, suggesting that TRIM may participate in the progression of cardiac hypertrophy. In previously, we documented the regulatory role of TRIM32 and TRIM8 in cardiac hypertrophy. Our preliminary experimental data showed that TRIM38 played a role in preventing cardiac hypertrophy. However the mechanisms require further intensive investigation. In this study, we will ① clarify the roles of TRIM38 on cardiac hypertrophy using cardiac-specific gene knock-out and transgene techniques in both in vitro and in vivo model; ② demonstrate the regulatory effect of TRIM38 on TAK1/NF-κB/MAPK signaling pathway and the involvement of TRIM38 in the degradation of TAK1 upstream molecules, TRAF6 and TAB2/3; ③ delineate the mechanisms by which TRIM38 modulates the degradation of TRAF6 and TAB2/3 through coimmunoprecipitation, mapping and in vitro ubiquitination assays; ④ confirm the molecular mechanisms by which TRIM38 negatively modulate cardiac hypertrophy with rescue experiments in mice model. Our results will elucidate the precise mechanism of TRIM38 preventing cardiac hypertrophy, and provide novel therapeutic targets for cardiac hypertrophy.

泛素-蛋白酶系统在心肌肥厚过程中起到重要的调控作用。TRIM家族成员具有E3连接酶活性，可能与心肌肥厚相关。我们已证实TRIM32和TRIM8在心肌肥厚过程中发挥重要作用。前期实验发现敲除TRIM38基因加剧了小鼠心肌肥厚的进展，然而其发挥调控功能的机制仍不明确。本项目拟：①在细胞和动物模型两个水平，应用转基因和基因敲除技术，探究TRIM38在心肌肥厚进展中的作用；②采用WB手段明确TRIM38对TAK1依赖的信号通路的影响，进一步联合RT-PCR证明TRIM38参与TAK1上游分子TRAF6和TAB2/3的分子降解过程；③运用免疫共沉淀、Mapping和体外泛素化检测等方法探索TRIM38调控TRAF6和TAB2/3降解的分子机制；④在动物模型水平开展逆转实验，验证TRIM38改善心肌肥厚的机理。本项目将系统阐述TRIM38抑制心肌肥厚进展的分子机制，为心肌肥厚的防治提供新的诊疗靶点。

2018年获得国家自然科学基金委资助《泛素化连接酶TRIM38在心肌肥厚中的作用及机制研究》，泛素-蛋白酶系统在心脏重塑过程中具有重要的调控作用。TRIM家族成员具有E3连接酶活性可能与心脏重塑相关。前期研究我们已证实TRIM32和TRIM8在心肌肥厚过程中发挥重要作用，前期实验发现敲除TRIM38基因加剧了小鼠心肌肥厚和心脏纤维化的进展，然而其发挥调控功能的机制尚不明确。在基金的资助下，我们从细胞和动物模型两个水平应用基因敲除技术探究TRIM38在心脏重塑进展中的作用；采用western blotting手段联合RT-PCR明确TRIM38对TAK1依赖的信号通路及上游分子TRAF6和TAB2/3分子降解过程的影响；运用免疫共沉淀和体外泛素化检测等实验方法探索TRIM38与TRAF6和TAB2/3分子的互作机制。本研究明确了：①泛素化连接酶TRIM38在心脏重塑中的重要作用。通过构建心肌梗死模型发现TRIM38可以抑制心脏过度纤维化。②TRIM38是心脏重塑信号通路调控网络中的关键分子。明确了TRIM38可以通过抑制TAK1/JNk-P38-ERK1/2信号通路及下游转录因子激活参与心脏重塑，抑制心力衰竭的发生发展。③基本证实TRIM38通过泛素化修饰介导TRAF6蛋白酶降解，通过溶酶体途径介导TAB2/3降解，实现对TAK1-MAPKs信号通路的负性调控分子作用，并在心梗后起到保护作用。在研究中发现TRIM家族另一成员TRIM44缺乏RING结构域具有去连接酶活性，可以介导不同底物蛋白的去泛素化调控其细胞内数量及功能活性，在心肌梗死的发生机制中有可能起着重要的作用。研究发现TRIM44通过HIF-1α-TAK1信号通路调控心脏纤维化，为临床治疗心肌梗死后心衰提供了重要依据。