压力负荷性心肌重构的低密度脂蛋白受体相关蛋白调控机制研究

Pressure overload-induced cardiac remodeling is the most common manifestation of cardiovascular diseases in the clinic practice. Multiple intracellular signaling pathways contribute to its progression. Low-density lipoprotein receptor-related protein-6 (LRP6) serves as a Wnt signaling coreceptor to control the cardiac development; however, its role in the cardiac pathophysiology remains unclear. Our preliminary studies indicated that a reduction in LRP6 does not affect the expression and nucleocytoplasmic distribution of catenin protein but down-regulate the expression of cardiac-specific β1D integrin. The total amount of β1 integrin protein was normal in the context. The LRP6-mediated regulation on β1D integrin expression is independent of canonical Wnt/catenin signaling. On the basis of the direct modulation of LRP6 on β1D integrin and the specific role of β1D integrin in regulating the adaptation of the heart to stretch, we propose that LRP6 may regulate the process of pressure overload-induced cardiac remodeling. Thus, the proposal aims to decipher the mechanism details for the LRP6-mediated regulation on β1D-integrin, and determine the role of the LRP6-dependent modulation of β1D-integrin in the resting cardiac physiology and the pressure overload-induced cardiac remodeling. The project will reveal a novel property of LRP6 beyond the Wnt coreceptor and elucidate the biological function of cardiac LRP6 coupled to β1D-integrin signaling, which will provide a new molecular target for the intervention of pressure overload-induced cardiac remodeling and heart failure.

压力负荷性心肌重构是临床常见的心脏病变。多种细胞信号参与该病理过程。低密度脂蛋白受体相关蛋白-6 (LRP6)介导经典Wnt/catenin信号，调控心脏发育，然而其在心脏病理生理学中作用不清楚。我们发现，心肌细胞LRP6缺失并不影响catenin的表达与核浆分布，但导致了心肌细胞特异的β1D整合素亚型的表达下调，而β1整合素表达正常。基于β1D整合素特异调控心脏压力负荷适应性的特性，我们假设，LRP6调控压力负荷性心肌重构。本项目拟系统研究LRP6调控β1D整合素表达的分子机制，并研究LRP6依赖的β1D整合素表达在基础心脏生理学及压力负荷性心肌重构中的作用。该研究将首次揭示LRP6独立于Wnt信号受体之外的全新分子属性，并诠释心肌LRP6偶联于β1整合素信号的生物学功能，为压力负荷性心肌重构与心力衰竭的干预提供新的分子靶标。

Wnt信号在发育生物学、器官生理学与病理生理学中具有至关重要的作用。LRP6被认为是Wnt信号的膜共受体。然而，我们研究发现，在心脏中，LRP6并不介导Wnt信号，而是充当分子脚手架调控心肌细胞缝隙链接蛋白的膜转位，提示了LRP6存在新分子属性。为此，本项目旨在探索可溶性LRP6蛋白在横纹肌系统（心肌与骨骼肌）生物学与生理学中的作用及其机制。我们基于成肌细胞分化与成熟模型，分析LRP6表达与分布规律、与核剪接复合物的相互作用；基于点突变与生物工程技术，识别LRP6结合RNA的氨基酸序列信息及其结合RNA序列偏好。我们也研究了LRP6在人源细胞中的RNA结合蛋白特性及其调控的靶分子网络。我们的研究发现，与经典研究报道不同的是，在横纹肌发育过程中LRP6表达逐渐增加且主要分布在细胞核，并与核内小RNA复合物U4/5/6及剪接抑制体PTBP1/HnRNP A1相互作用。此外，LRP6蛋白C末端丝氨酸富集区与肌分化决定性整合素Itgb1前体RNA的腺嘌呤富集的顺式反应元件结合，消除PTBP1的竞争性抑制作用，促进横纹肌特异的Itgb1D亚型产生与肌管成熟。重要的是，我们发现LRP6作为RNA结合蛋白广泛存在于人与动物的多种细胞类型，调控涉及细胞过程与代谢过程的多个靶分子。为此，我们的研究鉴定了LRP6蛋白的新分子属性。其在横纹肌中的重要作用及其可溶性特性，为未来使用重组蛋白靶向干预心脏与肌肉系统疾病奠定了全新理论基础。