Circ Res|磷酸化修饰组揭示干细胞治疗舒张性心力衰竭的潜在作用靶点

 

景杰生物 | 报道

 

射血分数保留的心力衰竭（Heart failure with preserved ejection fraction, HFpEF）是一种心脏处于舒张期、射血分数正常或轻度降低时，心脏的充盈和放松功能异常的心脏疾病。目前HFpEF治疗靶点的主要研究焦点是肌联蛋白（TITIN）磷酸化，对于HFpEF中发生在其他肌节蛋白上的磷酸化变化及其功能影响的认识尚不清楚，包括对驱动磷酸化信号的激酶和/或磷酸酯酶的鉴定也了解甚少。心肌球源性细胞（Cardiosphere-derived cells，CDCs）疗法是这类心脏疾病治疗的一种安全、有效手段，但是CDC治疗后逆转HFpEF中蛋白磷酸化的潜在治疗靶点有待进一步探索。 近日，美国洛杉矶西达赛奈医疗中心斯密特心脏研究所Jennifer E Van Eyk教授团队在心血管领域权威期刊Circulation Research（IF=20.1）发表了题为“Myofilament Phosphorylation in Stem Cell Treated Diastolic Heart Failure”的研究论文。研究人员通过给Dahl盐敏感大鼠喂食高盐饮食构建HFpEF小鼠模型，以低盐饮食作对照进行磷酸化修饰组学分析，研究发现HFpEF心脏组织中表现出过度的磷酸化，而CDC处理可抑制PKCβ激酶，从而部分逆转心脏的过度磷酸化水平，这一研究结果为HFpEF治疗机制研究以及潜在治疗靶点的挖掘提供了新的见解。

 

 

 

 

利用有注释和未注释的大鼠及有注释的小鼠数据库，对大鼠左心室组织进行质谱分析，发现HFpEF组织中肌节蛋白过度磷酸化，与对照组相比（即高盐饮食与低盐饮食对比），529个位点上98.8%的位点磷酸化程度增加。在肌节中，受磷酸化变化影响的主要功能是肌动蛋白-微丝结合（对比对照组，HFpEF占18%）和肌动蛋白-细丝组织（对比对照组，HFpEF占22%）（图1A）。CDC治疗HFpEF大鼠后，与安慰剂相比磷酸化水平降低，且肌节中受磷酸化变化影响导致肌动蛋白-微丝结合占27％，肌动蛋白-细丝组织占18％（图1A）。此外，该研究预测CDC治疗后影响的上游激酶是蛋白激酶C（PKC，包括所有亚型）和G蛋白偶联受体激酶（GRK）（图1B）。该研究团队发现HFpEF中磷酸化改变的大多数蛋白是肌动蛋白-肌球蛋白丝的结构和调控成分，以及锚定在细胞外基质（ECM）上的肌丝、ECM产生的张力和机械感应蛋白质的广泛磷酸化变化，肌动蛋白稳定性和肌动蛋白束组装相关的磷酸化位点变化的肌合成蛋白，CDC治疗后可降低蛋白的磷酸化程度（图1A和2）。

 

 

 

图1 肌节蛋白A亚蛋白质组中显著变化的蛋白的GO功能分析（A）及潜在激酶靶点预测（B）

 

图2 HFpEF中蛋白磷酸化位点分布示意图

 

为了促进对肌纤维磷酸化模式的解释，研究者试图确定哪些特定的激酶可驱动与肌丝调节相关的蛋白残基的磷酸化变化，以及这些激酶在有无CDC治疗的舒张功能障碍中的状态，最终发现PKC是最主要的潜在驱动激酶。由于PKC存在多个亚型，其中PKCα和PKCβ主要靶向改变的磷酸化位点，因此研究者通过肽段分析，并经Western blot定量检测特定蛋白激酶C亚型的变化，借助PKC磷酸化共识序列鉴定出HFpEF模型中有86.9%的磷酸化残基位于PKCα序列，17.6%位于PKCβ序列；CDC治疗后PKCα也是潜在的优势激酶（71.8%的磷酸化位点发生了变化），而PKCβ的磷酸化位点只有16.9%在特定的共识序列内。 随后研究人员使用非参数的Krustal-Wallis单因素方差分析进行了免疫印迹以量化特定PKC亚型的变化，并进行统计学分析。结果表明HFpEF与对照组相比，PKC亚型α、β和δ的数量和激酶活性均增加，其中PKCβ和δ亚型在CDC治疗后恢复到对照组水平（图3）。

 

 

 

图3 PKC亚型及其调控因子的相对定量分析

 

为证实PKC是驱动观察到的肌节磷酸化变化的上游激酶，研究者使用PKC亚型特异性抑制和PKC亚型的过表达确认下游位点，结果表明PKC亚型α，β和δ与肌丝相关蛋白之间的相互作用显著增加。此外，PKC亚型对心脏功能障碍研究表明，PKC亚型浓度的增加部分地推动了在HFpEF中观察到的早期充盈期（E波）和晚期充盈期（A波）的峰值血流速度比值（E/A比值）的降低，经CDC治疗后E/A比值增加。而左室舒张末期压力（LVEDP）与PKCβ特异性相关，此研究中PKCβ亚型的浓度变化对HFpEF的心功能产生影响的最大，因此PKCβ的降低可能是降低HFpEF舒张压的关键。 综上所述，该研究利用磷酸化修饰组学验证了CDC治疗可逆转HFpEF导致的肌节蛋白磷酸化、选择性下调PKCβ活性，为HFpEF潜在药物靶点的发现提供了新见解，对HFpEF治疗策略探讨具有重要意义。

 

 

 

图4 研究图文摘要

 

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参考文献

1. Soetkamp D, et al. 2021. Myofilament Phosphorylation in Stem Cell Treated Diastolic Heart Failure. Circ Res.

 

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