Trbp的互作因子Prmt5对心肌中快慢肌纤维基因表达的调控效应和作用机制

As the engine underneath the hood of the circulatory system, the primary function of heart is “contraction”. However, our understanding on the regulatory mechanisms underlying cardiac contraction is still very limited. Our previous studies have demonstrated that the Trans-activation response (TAR) RNA-binding protein, Trbp, plays a key role(s) in regulating cardiac contraction, by promoting miR-208a biogenesis and modulating the expression of downstream fast-/slow- twitch myofiber protein-coding genes in cardiomyocytes. In our further investigation, we found that protein Arg methyl-transferase Prmt5 can interact with Trbp, and enhance the expression of its downstream miRNAs. Thus, as a binding partner of Trbp, Prmt5 may participate in regulating the expression of fast-/slow- twitch myofiber genes in cardiomyocytes, and modulating the performance of cardiac muscle. In the proposed study, we will further characterize the interaction between Prmt5 and Trbp, and study the functional consequence(s) and the molecular mechanism(s) in the heart, using genetic, biochemistry, molecular biology and -omics approaches. After completion of the study, we expect to uncover novel regulatory mechanisms underlying cardiac development and function, and contribute to deciphering the genetic networks governing cardiac contraction. Our study could also enable the discovery of new therapeutic targets and lead to new approaches to treatment of cardiac contraction disorders.

作为循环系统中的动力来源，心脏的主要功能便是舒缩。然而， 目前我们对调控心肌舒缩功能的生物学机制的了解依然非常有限。我们在前期工作中发现，转录激活反应RNA结合蛋白Trbp，通过促进下游miR-208a的生成并影响心肌中快慢肌纤维伸缩蛋白编码基因的表达，在心肌舒缩功能的调控过程中扮演了关键的角色。我们在进一步的研究中发现，蛋白精氨酸甲基转移酶Prmt5能够与Trbp相互作用，并可以促进Trbp下游miRNA的表达。因此，作为Trbp的互作蛋白，Prmt5可能也参与调控快慢肌基因表达并影响心脏功能。本课题拟通过遗传学手段， 利用生物化学、分子生物学及组学等工具，来探索Trbp与Prmt5的相互作用的在心肌组织中的功能效应以及分子机制。以期能揭示调控心肌发育及功能的新的分子机制，为重建和解析影响心肌舒缩功能的遗传网络，发现心肌舒缩功能障碍的致病因子，以及寻找心肌疾病的治疗策略提供线索。

PRMT5是真核细胞中主要的II型精氨酸甲基转移酶。PRMT5甲基化组蛋白和非组蛋白精氨酸对多种生物学过程的进行以及遗传物质的正常表达起着重要的调节作用。PRMT5在心肌病理过程中的效应和机制依然很不清楚，可能涉及到其不同的功能和参与的不同的信号通路。 在本项目执行过程中，我们发现PRMT5的功能可能不依赖于TRBP。利用分子生物学和生物化学的手段，我们通过鉴定和研究PRMT5的调控因子和互作蛋白，来重建PRMT5的分子网络。在邻近标记质谱蛋白组学实验中，我们找到了一系列新的PRMT5的互作蛋白。这其中包括了YTHDF2，IGF2BP1等可以识别信使RNA m6A修饰重要的“reader”蛋白。我们不仅确认了PRMT5与YTHDF2的互作，还明确了二者之间的调控关系。PRMT5可以在翻译后水平上帮助维持YTHDF2蛋白的稳定性，并且可以抑制YTHDF2下游的靶标WEE1。WEE1是CDK的抑制剂，是调节细胞增殖和生长的关键因子。我们还发现PRMT5与CCT2存在互作，并可能参与调控蛋白质的折叠。另外，结合生物信息学预测与实验验证，我们还鉴定了PRMT5上游的3个miRNA。这三个miRNA跟PRMT5在疾病样本的中表达水平呈现显著负相关。综上，我们发现了几个新的调控轴： miR-654/PRMT5， miR-627/PRMT5， miR-1306/PRMT5以及PRMT5-YTHDF2-WEE1。这些信息将为重建PRMT5的分子网络提供重要线索。