抑制成年心肌线粒体Parkin诱导线粒体自噬的协同调控的机制研究

Mitochondria occupy up to 40% of an adult cardiomyocytes volume. Many heart diseases are accompanied by abnormal mitophagy. Our previous study had elucidated that inhibited mitochondrial Parkin leading to the decreasing of mitophagy and abnormal mitochondrial development in perinatal myocardium, which contributed to lethal heart failure. Parkin-mediated mitophagy directs perinatal cardiac maturation. Recently, the applicant found the mitophagy was increased after maturated myocardium expressing Mfn2-AA, and the heart function was normal. It indicated the regulation of mitophagy between perinatal myocardium and adult myocardium was different. The applicant hypothesized that Parkin coactive an alternative mitophagy pathway to maintain adult cardiac function when Parkin is inhibited. Thus, we will use the model of Mfn2-AA specific inhibiting Parkin mouse, cell and gene knock out mouse to uncover and elucidate the coordinate regulation mechanism of mitophagy in adult myocardium. For this purpose, the techniques of live cell imaging, LC/MS and molecular biology will be applied. This study will lay the foundation of regulating mitophagy to restore cardiac mitochondrial function.

线粒体占成年心肌细胞体积的40%左右，许多心脏疾病的发生都同线粒体自噬异常有关。申请人前期的研究发现抑制围产期心肌线粒体Parkin蛋白，线粒体自噬降低，线粒体发育不成熟，最终导致小鼠致死性心衰，阐明了parkin介导的线粒体自噬调控心肌线粒体的发育成熟。申请人近期发现抑制成年心肌线粒体Parkin后，线粒体自噬不降反增，且心肌功能正常。初步表明成熟心肌的线粒体自噬调控不同于未成熟心肌，推测在成年心肌中，线粒体parkin 被抑制的应激情况下，parkin协同激活其它线粒体自噬基因介导线粒体自噬，并维持了心肌功能的稳定。我们的研究重点将集中在利用特异性抑制成年心肌线粒体Parkin的小鼠模型, 基因修饰细胞模型及基因敲除小鼠模型，应用成像、代谢分析和分子生物学技术揭示和阐述成年心肌线粒体自噬的协同调控的机制及对心肌功能的影响，为通过调控线粒体自噬维持或修复心肌线粒体功能奠定基础。

心脏对于动物极为重要，其中线粒体占成年心肌细胞体积的40%左右，许多心脏疾病的发生都同线粒体自噬异常有关。靶向线粒体研究对于心脏疾病的发生发展和开发相关治疗具有重要意义。我们我们通过TAC方法建立了心力衰竭动物模型，分析了心力衰竭过程中线粒体功能变化的规律，同时在Parkin抑制的动物上构建了TAC模型，然后分析揭示了心力衰竭发生过程中线粒体自噬变化的规律，其它自噬途径的启动变化情况及其相互影响；系统总结了Mfn2的研究进展的基础上，研究了心肌线粒体质量控制（自噬）关键基因Mfn2对于心脏功能的影响，提出了促进心脏疾病中的线粒体融合最安全的策略是调控融合蛋白Mfn2的理论，为心脏疾病的线粒体调控治疗指明了方向，也为我们参与Nature上发表的靶向调控Mfn2的促进线粒体融合的短肽TAT-MP2Gly安全应用提供了一定的理论支持。我们在建立了心肌细胞中监测线粒体炫的基础上，通过线粒体炫发现了成年心肌细胞中线粒体的动力学改变，得出成年心肌细胞中单个线粒体之间发生着频率极低的融合、分裂等线粒体动力学改变事件，成年心肌细胞主要依靠线粒体收缩和Kissing来调整细胞内能量分布的结论，该成果使成年心肌的线粒体发生着融合和分裂改变由推测成为事实,为成熟心脏线粒体动力学相关的研究和该项目提供了理论支持。分析了培养的成年大小鼠心肌细胞线粒体功能差异机制，为小鼠成年心肌细胞的体外长时间研究应用提供了保障。通过对线粒体呼吸链ETC进行操控，研究了线粒体炫在心肌中发生的机制，揭示了线粒体产生的精确位点，解释了其指示衰老的机制。以上的研究为后续的线粒体调控治疗心脏疾病提供了和好的理论支持。