剪接因子激酶在病理性心肌重构中的作用及其机制研究

Alternative pre-mRNA splicing represents a key biological mechanism for protein biodiversity and therefore organ’s phenotype. Pathological cardiac hypertrophy is widely involved in the disorder of alternative splicing events, but the underlying regulatory mechanism remains largely unknown. The splicing factor kinases critically determine the activity of the spliceosome and thus the efficacy of alternative splicing. We found that among the well-known splicing factor kinase family members, the triggers of pathological cardiac hypertrophy selectively promoted the upregulation of Cdc2-like kinase 4 (Clk4) in cardiomyocytes. Inactivation of Clk4 induced the hypertrophic growth of cardiomyocytes. Furthermore, the in vivo application of the selective antagonist for Clk4 worsened pressure oerload-induced pathological cardiac hypertrophy. Thus, we propose that Clk4 regulates the process of pathological cardiac hypertrophy. The present proposal aims to decipher the roles of Clk4 in cardiac physiology and pathological cardiac hypertrophy, elucidate the molecular mechanisms underlying the action of Clk4 in pathological cardiac hypertrophy, and plan the interventional strategy for pathological cardiac hypertrophy by targeting Clk4 and/or its downstream effectors. This study will for the first time reveal the function of splicing factor kinase in cardiac pathophysiology, and provide a novel molecular target for treating pathological cardiac hypertrophy and heart failure.

RNA选择性剪接调控是决定蛋白质生物多样性与器官表型的关键生物学机制。病理性心肌重构广泛涉及RNA剪接异常，然而其潜在调控机制不清楚。剪接因子激酶是剪接体活性与基因剪接效率控制器。我们发现，在剪接因子激酶家族中，多种病理性心肌重构的诱因显著上调心肌细胞中剪接因子激酶Clk4的表达，而Clk4失活可导致明显的心肌细胞肥大。体内研究发现，Clk4活性的选择性抑制加速了压力负荷性心肌重构的发展。为此我们假设，剪接因子激酶Clk4调控病理性心肌重构。本项目拟系统研究Clk4在心脏生理学与病理性心肌重构中的作用；阐明Clk4调控病理性心肌重构的分子机制;制定靶向Clk4及其下游网络核心分子干预病理性心肌重构的策略。该研究将首次诠释剪接因子激酶的心脏病理生理学功能，为病理性心肌重构与心力衰竭的干预提供全新的方向与分子靶标。

本项目基于转录后调控决定细胞命运与器官功能稳态的生物学特征，聚焦其核心元件，即RNA结合蛋白及其复合物（包括剪接因子激酶），研究其调控病理性心肌重构与心衰的作用及机制。细胞命运转变控制对终末分化且丧失增殖能力的成年心肌细胞尤其重要，其直接决定了心肌细胞损失相关心衰的进展与预后。我们整合分析心肌细胞增殖能力发育性衰退与运动生理性增强的转录组数据发现，29个RNA结合蛋白表现出相反的变化特点，其中8个突出影响心肌细胞增殖活性。这种效应也存在于人源诱导干细胞分化的心肌细胞。本研究将其定义为生理环境敏感且有心肌细胞增殖调控活性的RNA结合蛋白（prcRBP）。采用心肌细胞特异表达系统，我们发现prcRBP-TIA1促进新生与成年小鼠心脏心肌细胞细胞的生理性增殖。基于增殖状态心肌细胞缺氧以及缺氧驱动心肌细胞增殖的特点，我们也建立了缺氧反应元件增强心肌细胞基因特异表达的基因治疗系统。该系统使用加强了TIA1促进梗死边界区心肌细胞增殖的作用，并减少梗死面积、抑制心肌纤维化、改善心脏功能。prcRBP-TIA1的促心肌细胞增殖作用主要与其对一系列细胞增殖活性相关基因转录本的翻译活性控制有关，其中脑利钠肽是关键效应介质。本项目也展开了心肌细胞剪接因子激酶CLK4调控病理心肌重塑的研究。.本研究具有潜在重要的生物学与心脏病理生理学意义，拓展了细胞命运转换转录后检查点认知。为心肌损伤或缺失相关心肌重塑与心衰的靶向治疗提供新的策略与途径，具有较强的转化应用价值。此外，该项目开展培养了博士后与直博研究生各一名，并支持发表学术论文一篇。