核骨架蛋白调控的转录网络在高血压诱导血管重建中的力学生物学作用及其机制

The abnormal proliferation and apoptosis of vascular smooth muscle cells (VSMCs), which are induced by the pathologically mechanical stretch, play important roles in vascular remodeling during hypertension. However, the molecular mechamisms involved in this process are still unclear. Based on the previous work, our present project will focus on 3 kinds of nuclear envelope proteins, inculding LaminA, Emerin and Nesprin2, and demostrate their roles in regulating transduction networks as a novel mechanosensor. Using VSMCs specific nuclear envelope protein gene knock-out mice, the relationships among nuclear envelope proteins, transcription networks and vascular remodeling during hypertension will be firstly investigaeted in vivo. Then, using FX-4000T cyclic stretch application system in vitro, the molecular mechanism, focusing on the protein-DNA interaction, of nuclear envelope proteins modulating transcription factors will be further detected. Based on the interaction mechanisms analyzed in vitro, the lentivirus vectors of negatively mutated envelope preteins will be used to evaluate the role of nuclear envelope proteins in vascular remedeling during hypertension and the potential therapeutic effect of nuclear envelope proteins. Our project intends to demonstrate the mechanical mechanism of nuclear envelope protein modulating transcription networks on vascular remodeling during hypertension. The research may give some new insights into understanding the molecular mechanism of vascular remodeling induced by hypertension, and may provide some new targets for clinical therapy of hypertension.

异常张应变刺激诱导的血管平滑肌细胞增殖和凋亡异常在高血压血管重建中起重要作用，但其中的应力信号转导机制尚未阐明。本项目将细胞力感受器研究由细胞膜表面深入至细胞核，以我们前期得到的核骨架蛋白LaminA、Emerin和Nesprin2为切入点，应用细胞特异性基因敲除和高血压小鼠模型，观察在体血管组织核骨架蛋白、转录网络与高血压血管重建的关系；应用体外细胞张应变加载技术，探讨核骨架蛋白感受张应变力学刺激，调控转录因子活性的蛋白质-DNA相互作用分子机制，及其在张应变诱导细胞增殖和凋亡中的作用；构建核骨架蛋白阴性突变载体并应用于高血压小鼠颈总动脉局部，在体验证核骨架蛋白在高血压血管重建发病机制中的作用及作为药物治疗靶点的潜在可能性。本项目旨在明确细胞核骨架蛋白作为力感受器调控的转录网络在张应变诱导血管重建中的作用机制，为高血压血管重建机制的阐明和疾病防治新靶点的选择提供新的力学生物学实验依据。

将细胞应力响应的研究由细胞膜表面深入至细胞核，为揭示异常应力（应变）刺激诱导高血压血管重建分子机制的揭示起重要作用，并为高血压血管重建防治新靶点的选择提供新的力学生物学实验依据。本项目以细胞核骨架蛋白LaminA和Emerin为切入点，开展了“动物实验揭示现象－细胞分子实验探讨机制－回归动物整体水平验证”的系统性研究工作。应用高血压动物模型、血管组织局部腺病毒高表达载体转染、细胞张应变力学加载、蛋白质与DNA相互作用芯片、生物信息学、分子生物学、细胞生物学等相关研究方法，首先探讨了核骨架蛋白调控转录因子活性诱导血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cells, VSMCs）增殖的分子机制，并在动物水平验证细胞核骨架蛋白调控高血压血管重建的作用及其机制，探讨其作为治疗高血压血管重建靶点的潜在可能性；之后，从表观遗传学层面探讨了力学敏感的微小RNAs在调控核骨架蛋白表达和诱导高血压血管重建的力学生物学机制，建立了核骨架蛋白表达水平变化介导VSMCs凋亡的转录调控网络；在最新的研究中，探讨了高血压高张应变病理条件下，核骨架蛋白对于细胞自噬的调控作用，以及介入术后内膜损伤过程中血小板源性微囊调控VSMCs核骨架蛋白翻译后修饰的可能分子机制。上述研究结果已发表基因标注 SCI 论文 5 篇，中文核心期刊论文 3 篇，其中代表性工作以项目负责人为第一作者或通讯作者发表在美国科学院院刊 PNAS （IF 9.504）、生理学国际著名期刊 Acta Physiol （IF 5.868）以及生化与分子生物学国际著名期刊 FASEB J （IF 5.595）。研究对于理解心血管系统生理以及血管重建病理机制，研发新的高血压血管重建治疗药物具有重要意义。