心肌特异性蛋白激酶TNNI3K在心力衰竭中的作用及其信号转导机制

TNNI3K (Troponin I-interacting kinase) is a newly discovered, cardiac specific kinase which plays an important role in modulating the progression of heart disease to heart failure. We recently showed that increased TNNI3K kinase activity could induce cardiac hypertrophy in mice. We also detected an increase in auto-phosphorylation of TNNI3K after pressure overload stress. Surgical transthoracic aortic constriction (TAC) in TNNI3Ktg ( expressing wild-type TNNI3K) and TNKDtg (expressing a kinase-dead version of TNNI3K) mice to induce pressure overload demonstrated that in TNNI3Ktg mice, left-ventricular dysfunction progressed more rapidly than non-transgenic controls while left-ventricular dysfunction in TNKDtg mice mirrored that of the non-transgenic controls. These data suggest that TNNI3K kinase activity is essential to accelerating mechanical stress-induced cardiomyopathic disease progression. Using a mass-spectrometry-based proteomics approach, we showed that TNNI3K is a dual-functional kinase with Tyr and Ser/Thr kinase activity. The cardiac-restricted expression and the kinase activity of TNNI3K make it a strong therapeutic target for treatment of heart failure. However, to date, the biochemical characteristics and biological function of TNNI3K remain largely unknown; the molecular mechanism(s) of TNNI3K in modulating the progression of heart failure has not been studied nor has the signaling network of TNNI3K been established. In this study, we will use mass spectrometry-based proteomics and systems biological approaches, in combination with TNNI3K transgenic mice and a heart failure mouse model, to study the biochemical characteristics of TNNI3K. This work will establish TNNI3K signaling network and elucidate the molecular and cellular mechanism(s) of TNNI3K as a modulator for heart faluire progression. The goal of this proposal is to elucidate the molecular mechanism of heart failure and to determine the potential of TNNI3K as a therapeutic target for the use of a TNNI3K-specific kinase inhibitor in the treatment of heart failure.

TNNI3K(肌钙蛋白I－相互作用的蛋白激酶)是近年发现的一种心脏特异表达的蛋白激酶，在调节心力衰竭(heart failure)的发展过程中具有重要作用。我们前期工作表明，TNNI3K蛋白激酶活性增高会诱发小鼠心肌肥大；在主动脉缩窄术(TAC)诱导的左心室压力负荷心脏肥厚模型中，心肌的TNNI3K自身磷酸化显著增高；与野生型小鼠相比，TNNI3Ktg转基因小鼠明显加速心功能恶化过程。然而，TNNI3K在心衰发生发展过程中的作用及其参与的信号转导通路尚不清楚。在本项目中，我们将利用LC/ESI/MS/MS蛋白质组学手段分析TNNI3Ktg和TNKDtg(激酶失活型)小鼠在TAC诱导心衰前后，小鼠心肌中TNNI3K自身磷酸化位点和蛋白质相互作用组 (interactome)的变化，并进行系统生物学的比较，为进一步研究TNNI3K的生物学功能及其参与的心力衰竭信号转导网络奠定基础。

在主任基金所资助的这一年的研究之中，我们对TNNI3K在调节心力衰竭的发展过程中作用机制的研究取得了很大的进展，顺利地完成了我们计划的三个研究目标。一) 首先，利用表达人类野生型(TNNI3Ktg)和激酶失活突变型(TNKDtg)的转基因小鼠模型，我们系统地比较了TNNI3Ktg和TNKDtg转基因小鼠对TAC诱导的心衰进程的影响，阐明了TNNI3K激酶活性在小鼠心力衰竭发生发展过程的作用及其激酶活性的可能的调控机理。我们发现在TNNI3Ktg小鼠中，TNNI3K激酶活性的增加会诱导小鼠心肌肥厚，加速心力衰竭病情恶化；但是在TNKDtg转基因小鼠中，TNNI3K活性缺失失去加速心功能恶化的作用。这些实验结果表明在心力衰竭过程中，心脏TNNI3K蛋白激酶活性增高是促进心衰发展的关键。同时，应用泛磷酸化抗体，蛋白质激酶芯片和蛋白组学等方法和手段，我们对TNNI3K的磷酸化进行了系统的分析，为寻找TNNI3K上游磷酸化和去磷酸化的蛋白激酶和磷酸酶以及为阐明TNNI3K激酶活性调控的分子机理打下基础。 二) 应用TNNI3K的特异性抗体，我们从TNNI3Ktg和TNKDtg转基因小鼠心脏中获得TNNI3K相互作用蛋白复合体，详细地分析了TNNI3K的蛋白质相互作用组，并比较了TNNI3K的蛋白质相互作用组在TNNI3Ktg和TNKDtg转基因小鼠心脏中的差异。 三) 我们对这些复杂的蛋白质相互作用组进行生物信息学和系统生物学分析，得到TNNI3K信号转导网络的主要基本单元和调控者的信息，构建了TNNI3K信号转导网络，初步揭示TNNI3K对心力衰竭的网络调控机理，为下一步利用TNNI3K寻找治疗心衰新途径的研究奠定了基础。在过去的一年中，我们围绕TNNI3K的研究发表了论文一篇，同时为继续深入研究成功申请到了基金委面上项目基金一项。