Ufm化修饰途径维持蛋白质稳态调控心肌重塑动态演变的分子机制

The progression of pathological cardiac remodeling to heart failure is complex and remains largely unclear, however, the loss of proteostasis may play an important role in the process. Previously, we found that the newly identified ubiquitin-like modification, Ufmylation, was activated in compensatory hypertrophy, but was inhibited during the decompensation phase. Ufm1 interacted with the autophagy-associated Atg5-Atg12 conjugates, indicating that Ufmylation may dynamically regulate the proteostasis and participated in the progression of pathological cardiac remodeling. Therefore, the project is intended to: 1) explore the regulatory effects of Ufmylation on the progression of cardiac remodeling by analyzing the relationship between Ufmylation and the temporal feature of cardiac remodeling, and verify its role with Ufmylation deficient or enhanced models; 2) investigate the role of Ufmylation in cardiac autophagy and proteostasis; 3) reveal the mechanism of Ufmylation in the regulation of proteostasis and the progression of cardiac remodeling using protein-protein interaction assays. The project will uncover the role of Ufmylation in the progression of cardiac remodeling and in cardiac proteostasis, which may provide new evidences for the prevention and treatment of cardiac remodeling.

心肌病理性重塑进展到心力衰竭的分子机制复杂，至今不清，心肌细胞蛋白质稳态失衡可能是其关键因素。本组前期研究发现，新的泛素样修饰途径Ufm化在心肌重塑代偿期增强、失代偿期减弱，且Ufm1可与自噬关键蛋白Atg5-Atg12相互作用。由此推测，Ufm化修饰是维持心肌蛋白稳态的关键点，其动态变化可能影响心肌重塑进展。因此本研究拟：①通过观察Ufm化修饰与心肌重塑时相变化之间的关系，探讨该修饰途径对心肌重塑动态演变的作用，并通过Ufm化修饰缺陷及增强模型明确该调控作用；②通过分析Ufm化修饰对自噬的影响，探讨Ufm化修饰维持心肌蛋白稳态的作用途径；③通过蛋白相互作用研究，揭示Ufm化修饰调控心肌蛋白稳态的分子机制，明确其在心肌重塑动态演变中的作用。本研究不仅可揭示Ufm化修饰对心肌重塑动态演变调控的分子机制，还可发现该修饰途径在维持心肌蛋白稳态中的作用，为心肌重塑及心力衰竭的防治提供新线索。

心肌重塑是一种多阶段的复杂疾病，可导致心力衰竭，给患者及社会带来了沉重负担，但其分子机制尚未完全阐明。Ufm化修饰是一种新型的类泛素化修饰，其在蛋白质合成、蛋白质质量控制等生物学过程中发挥了重要作用，而心肌细胞蛋白质稳态失衡是推动心肌重塑进展的重要机制，Ufm化修饰可能在心肌重塑蛋白质稳态及其动态演化过程中有重要意义。本项目通过构建多种细胞和动物模型，分析了Ufm化修饰在心肌重塑中的变化。结果显示，在肥厚型心肌病心肌组织中Ufm化修饰水平显著增强，提示该修饰途径可能参与了心肌重塑进展。但在异丙肾上腺素诱导的心肌肥厚小鼠模型中，并未发现Ufm化修饰水平的变化，并且在CryAB（R120G）突变心肌特异性转基因小鼠模型以及过表达CryAB（R120G）的新生大鼠原代心肌细胞中均未发现Ufm化修饰的显著变化。然而，在阿霉素诱导的心力衰竭小鼠模型中发现Ufm1表达的升高，且伴有多种氨基酸及代谢产物的变化，提示Ufm化修饰可能参与了阿霉素诱导的心力衰竭。同时，Ufm化修饰在ApoE敲除小鼠高脂饮食模型中显著激活，且在血管平滑肌细胞中采用ox-LDL刺激可激活Ufm化修饰，该效应表现为时间依赖性。此外，本研究进一步通过蛋白质组学分析研究了Ufm1的潜在结合蛋白，在肥厚型心肌病心肌组织中发现21种Ufm1结合蛋白，在Flag-His-Ufm1过表达小鼠心肌组织中筛选到38种Ufm1结合蛋白，我们还在小鼠心肌组织中发现Tnfaip2可能与Ufm化修饰途径有关，该基因可被异丙肾上腺素下调，且在心肌组织中强制激活Ufm化修饰可进一步下调Tnfaip2表达。基于上述研究，本项目可为心肌重塑分子机制的深入探讨提供重要依据。