微管所介导的FGF13抗心衰作用的机制研究

Microtubule plays a key role in the occurrence and development of heart failure. Microtubule depolymerization ameliorates the progression of heart failure. FGF13 was found to be a novel microtubule stabilizing protein that regulates neuronal polarization and development, yet the effects of FGF13 on myocardial microtubules and the roles of FGF13 in heart failure are unclear. Our group successfully generated FGF13 conditional knockout mice and found that FGF13 knockout in the heart significantly ameliorated pressure overload-induced heart failure. However, it is unclear whether the underlying mechanisms are related to microtubules and microtubule related pathways. Based on our own and others studies, we propose the following hypothesis: FGF13 is a novel microtubule stabilizing protein in cardiomyocytes. FGF13 knockout exerts a protective effect against heart failure by controlling the stability of microtubules. The detailed mechanisms may involve the regulation of junctophilin-2 redistribution, protection against T-tubule remodeling and improvement of the abnormality of intracellular calcium handling. This project will use inducible, cardiomyocyte-restricted FGF13 knockout mice in combination with multiple techniques to reveal the mechanisms of FGF13 protection against heart failure at cellular and molecular levels. This study will provide new insights for the pathogenesis and therapeutic targets in heart failure.

微管在心衰的发生、发展中起重要作用，微管的去致密化可缓解心衰的进展。前期研究发现FGF13是神经细胞中一种新颖的微管稳定蛋白并可调节神经元的极化和发育，但FGF13对心肌微管的影响及其在心衰中所扮演的角色未明。课题组成功制备了FGF13条件性基因敲除小鼠，发现心肌条件性敲除FGF13具有显著的抗心衰作用，但其作用机制是否与微管以及微管相关途径有关，目前并不清楚。根据本课题组及他人的前期工作，我们提出如下假设：FGF13是一种新颖的心肌细胞微管稳定蛋白，敲除FGF13可通过调控微管的稳定状态而发挥抗心衰作用，其机制可能与FGF13所调控的微管状态影响了junctophilin-2的再分布，改善T管的重构以及减轻细胞内钙调控异常有关。本课题将利用心肌条件性FGF13基因敲除小鼠结合多种技术从细胞和分子水平揭示FGF13抗心衰的作用机制，这将为研究心衰的发生机制及寻找治疗靶点提供新思路。

微管在心衰的发生、发展中起重要作用，微管的去致密化可缓解心衰的进展。前期研究发现FGF13是神经细胞中一种新颖的微管稳定蛋白并可调节神经元的极化和发育，但FGF13对心肌微管的影响及其在心衰中所扮演的角色未明。课题组成功制备了FGF13条件性基因敲除小鼠，发现心肌条件性敲除FGF13具有显著的抗心衰作用，但其作用机制是否与微管以及微管相关途径有关，目前并不清楚。本课题中我们对此问题进行了研究，并取得了重要实验结果及数据：1.利用TAC手术我们成功制备了心衰小鼠模型，在小鼠心衰发展的过程中，心肌组织中FGF13蛋白表达水平呈降低趋势。2.敲除FGF13能够保护心脏功能，降低心肌肥厚和心肌纤维化程度，抑制心肌肥厚和心衰相关因子的异常表达，维持心脏的正常功能，提高小鼠生存率，具有抗心衰的作用。3.利用免疫荧光观察到FGF13与微管(β-tubulin)在小鼠心肌细胞内具有共定位关系，免疫共沉淀发现FGF13与微管(α-tubulin, β-tubulin)有直接的相互作用。4.心衰时敲除FGF13可抑制α-tubulin和β-tubulin在心肌细胞内局部聚集、致密化以及表达水平的升高；抑制转录后修饰的微管蛋白(posttranslational α-tubulin)以及聚合态的微管蛋白在小鼠心肌内的表达水平的异常升高。5.FGF13与JPH2在小鼠心肌细胞内具有空间共定位关系。敲除FGF13不影响sham组小鼠横管在心肌细胞内排列分布及横管结构的完整性；但在心衰时，敲除FGF13明显抑制横管结构排列紊乱和缺失的发生，保持横管结构完整性。敲除FGF13明显抑制了心衰时JPH2排列分布的紊乱和缺失，以及JPH2蛋白表达水平的降低。6.敲除FGF13能够抑制心衰时心肌钙电流水平的降低，保护横管-肌浆网超微结构的完整性，稳定心肌细胞内钙稳态。以上结果提示FGF13是一种新颖的心肌细胞微管稳定蛋白，敲除FGF13可通过调控微管的稳定状态而发挥抗心衰作用，其机制可能与FGF13所调控的微管状态影响了junctophilin-2的再分布，改善T管的重构以及减轻细胞内钙调控异常有关。本课题利用心肌条件性FGF13基因敲除小鼠结合多种技术从细胞和分子水平揭示了FGF13抗心衰的作用机制，这将为寻找心衰治疗靶点提供新思路。