肌肉环指状蛋白2调控心肌线粒体蛋白质稳态的研究

Proteotoxicity and cardiac specific E3 ubiquitin ligase play critical roles in the pathophysiology of cardiac remodeling and cardiac dysfunction. We previously found that cardiac specific E3 ubiquitin ligase Muscle Ring-finger 2 (MuRF2) protects mouse heart against hypertrophy and cardiac dysfunction by promoting PPARγ1 degradation and inhibiting its nuclear activity. Our recent study shows that MuRF1, which is a high homologous of MuRF2, attenuates cardiac hypertrophy, this is very similar to MuRF2’s protective effect. And also, MuRF1 accelerates cardiac mitochondria segmentation and changes Bnip3 mRNA level. Based on above, we hypothesize that MuRF2 protects heart by regulating mitochondria protein homeostasis and optimizing metabolism. The study proposed here aims to evaluate the effects of MuRF2 on cardiac mitochondria structure, protein homeostasis and autophagy, and the roles of these effects on cardiac hypertrophy and dysfunction by using DNA transfection, Western blot and transmission electron microscopy in vitro and in vivo. The study will be helpful for elucidating the mechanism through which MuRF2 protects heart. Eventually, our study will provide novel evidence about the roles of proteotoxicity and protein homeostasis regulated by MuRF2 in heart failure. We might be able to get a different mechanism of heart failure from RAAS, then we can better target future therapies.

心肌蛋白质毒性和心脏特异性泛素连接酶在心肌重构和心衰中有重要作用。本组前期研究发现，心肌特异性泛素连接酶肌肉环指状蛋白2（MuRF2）通过促进心肌PPARγ1降解、抑制其核活性而抑制心肌肥厚、保护心功能。我们最近发现，与MuRF2具有高度同源性的MuRF1，也具有抑制小鼠心肌肥厚的作用，且促进心肌线粒体分裂、引起自噬基因表达变化。由此我们推测MuRF2通过调控心肌线粒体稳态和优化能量代谢而发挥心脏保护效应。本研究将利用基因转染、Western blot和电镜技术，通过体外实验和动物模型，观察MuRF2对心肌线粒体结构、蛋白质稳态和自噬的影响，以及这些影响在心肌肥厚和心功能不全中的作用，以进一步阐释MuRF2的心脏保护作用机制。本研究将为阐明心肌蛋白质毒性和心肌特异性泛素连接酶调控的心肌蛋白质稳态在心衰发生中的作用增添新的实验依据，对探寻异于RAAS的心衰机制和防控靶点有重要意义。

心肌蛋白质毒性和心脏特异性泛素连接酶在心肌重构和心衰中有重要作用。本组前期研究发现，心肌特异性泛素连接酶肌肉环指状蛋白2（MuRF2）通过促进心肌PARγ1降解、抑制其核活性而抑制心肌肥厚、保护心功能。我们最近发现，与MuRF2具有高度同源性的MuRF1，也具有抑制小鼠心肌肥厚的作用，且促进心肌线粒体分裂、引起自噬基因表达变化。由此我们推测MuRF2通过调控心肌线粒体稳态和优化能量代谢而发挥心脏保护效应。我们利用基因转染、Western blot和电镜技术，通过体外实验，观察了MuRF2对心肌线粒体结构、蛋白质稳态和自噬的影响。结果：1、成功构建了shRNA-MuRF2 干扰载体，并行慢病毒包装。转染心肌细胞HL-1和新生小鼠心肌细胞NMCM获得了MuRF2 上调和下调的细胞株。2、Western blot检测结果：MuRF2 上调后，心肌细胞线粒体分裂蛋白Fis1,DRP1表达水平降低、融合蛋白OPA1表达增加。我们还发现，上调MuRF2 表达后，由雷帕霉素诱导的自噬蛋白LC3Ⅱ/Ⅰ和BNIP3表达增强被抑制。3、透射电镜观察显示，MuRF2 过表达组的心肌细胞线粒体较雷帕霉素处理组的平均面积增大、结构较完整、片段化程度较轻、自噬体减少。4、心肌细胞ATP含量检测显示：MuRF2 上调后ATP含量增加，下调MuRF2可使细胞内ATP含量减低。.根据以上结果，我们认为，MuRF2 通过促进心肌线粒体融合、抑制线粒体分裂和自噬，而促进ATP合成，维持细胞能量平衡。这可能是MuRF2 保护心脏的机制之一。