外科學家發現:共享蛋白圖譜訊息遺傳性心臟病的治療

肥厚型心肌病是最常見的遺傳性心臟病,其特徵是異常增厚的心肌會阻塞血液流動並導致年輕人猝死。此前研究表明,多達1400個基因突變可能導致這種疾病的發生,但是在一項新的研究中,威斯康星大學麥迪遜分校的科學家發現,在患有肥厚型心肌病最嚴重表現的患者中,許多不同的基因突變均會導致心肌蛋白變化。這種共有的蛋白質指紋圖譜表明,可以設計一種通用的療法治療不同遺傳突變導致的疾病發生。

 

相關結果發表在最近的《PNAS》雜誌上,威斯康星大學麥迪遜分校的Ying Ge教授以及研究生Trisha Tucholski和Cai Wenxuan領導了這項工作,該工作使用先進的蛋白質測量技術詳細分析了患病和正常心臟的蛋白質特徵。

 

 

用AID-TAT處理cTnI-G203S心肌細胞可恢復線粒體的代謝活性

我們使用全細胞膜片鉗技術用AID-TAT體外處理cTnI-G203S心肌細胞對I Ca-L動力學和鈣處理的影響。與先前的發現一致,與野生型心肌細胞相比,暴露於非活性AID(S)-TAT肽的cTnI-G203S心肌細胞的電流失活速率明顯更快。

在cTnI-G203S與野生型心肌細胞中,未記錄到I Ca-L電流密度的差異,表明通道表達在cTnI-G203S肌細胞。但是,暴露於活性AID-TAT的cTnI-G203S心肌細胞將I Ca-L失活率恢復至wt水平,而電流密度或細胞鈣處理沒有明顯變化。這些數據表明,AID-TAT肽調節我的運動的Ca-L β 2亞基,而不會影響通道表達或鈣傳導。

 

 

在體外暴露的cTnI-G203S肌細胞到AID-TAT肽恢復我的Ca-L動力學,Ψ米和黃素氧化響應於我活化的Ca-L 。(圖源:PNAS)

 

體內給藥時,AID-TAT肽靶向心臟

在開始體內AID-TAT治療方案之前,我們進行了研究以檢查該肽的心臟吸收。八周大的BALB / c裸鼠接受了單次10μM推注劑量的AID(S)-TAT-Cy7或AID-TAT-Cy7。治療後1 h,AID-TAT-Cy7的最大心臟攝取量達到顯著水平,並且在註射後1至4 h仍顯著高於AID(S)-TAT-Cy7(P <0.05)。在4小時,提取心臟並評估離體Cy7熒光。與體內發現一致,離體AID-TAT-Cy7熒光顯著大於AID(S)-TAT-Cy7。

當體內施用時,AID-TAT肽的心臟攝取顯著大於AID(S)-TAT。(圖源:PNAS)

 

用AID-TAT體內治療心肌病前cTnI-G203S小鼠可恢復代謝活性

先前的研究已經確定,響應於I Ca-L的激活,cTnI-G203S心肌細胞表現出與人的情況相一致的increased m和線粒體代謝活性增加。這些改變先於心肌病的發展。因此,開發一種預防性治療,我們研究治療precardiomyopathic的功效的cTnI-G203S上恢復心臟Ψ用10μMAID-TAT小鼠米和線粒體代謝活性。

20周大的心原性cTnI-G203S小鼠經腹膜內註射用10μMAID-TAT處理5 wk。假定AID-TAT持續3到4 d,與I Ca-L蛋白的周轉率一致。因此,每週對小鼠進行3次AID-TAT肽(10μM)給藥,每週5次(3x / wk / 5 wk)。

 

cTnI – G203S小鼠心肌底物代謝的評估

健康的成年心臟利用長鏈脂肪酸氧化作為主要能量來源,但肥大和衰竭的心臟會向葡萄糖和乳酸代謝轉移。從氧化脂肪酸到葡萄糖代謝的轉變被認為與心髒病理重塑有關。我們對wt和cTnI-G203S小鼠的整個心臟組織進行了靶向代謝組學評估,以獲得與該突變相關的代謝途徑擾動的整體視圖。

 

AID-TAT對心肌病前cTnI – G203S小鼠的體內治療可預防HCM

我們檢查了用AID-TAT治療心肌病前cTnI-G203S小鼠對心肌病發展的功效。我們在用AID(S)-TAT或AID-TAT治療之前和之後對wt和cTnI-G203S小鼠進行了串行超聲心動圖檢查。與HCM,cTnI-G203S的開發一致用AID(S)-TAT治療的小鼠左室末端直徑顯著降低,並且室間隔顯著增加與用AID(S)-TAT治療的wt小鼠相比,體重減少(FS)和心重對體重(HW:BW )有所不同。

從分離的肌細胞的cTnI-G203S與AID處理的小鼠相比於(S)-TAT表現出更大的顯著小區大小重量與AID處理的小鼠(S)-TAT。與用AID(S)-TAT處理的cTnI-G203S小鼠相比,用AID-TAT處理的cTnI-G203S小鼠的LVEDD和LVESD顯著增加,而IVSD,IVSS,FS和HW:BW顯著降低與那些記錄在重量與AID(S)-TAT。

從分離的肌細胞的cTnI-G203S用AID-TAT處理的小鼠相比,顯示的顯著較低的細胞大小的cTnI-G203S與AID處理的小鼠(S)-TAT。這些數據表明在體內治療心肌病前cTnI-G203S AID-TAT小鼠可預防HCM的發展。

 

AID-TAT肽對心肌病前cTnI-G203S小鼠的體內治療可防止心臟肥大的發展。(圖源:PNAS)

 

用AID-TAT體內治療心肌病前cTnI-G203S小鼠可恢復細胞骨架組織

有充分的證據表明肌鈣蛋白I-G203S小鼠表現出肌原纖維和線粒體解體。先前我們已經證明cTnI-G203S心肌細胞通過細胞骨架網絡表現出I Ca-L和線粒體之間結構功能的改變。這與導致HCM發展的高代謝性線粒體狀態的發展有關。

 

用AID-TAT體內治療cTnI-G203S小鼠無毒

體內AID-TAT治療方案完成後,收集終末血清並評估其對腎臟和肝臟的毒性。沒有測量到尿素和肌酐或丙氨酸轉氨酶(ALT)和天冬氨酸轉氨酶(AST)的顯著變化。另外,在治療方案的過程中未觀察到體重的顯著降低。這些數據表明該治療方案無毒。

 

AID-TAT肽對心肌病前cTnI-G203S小鼠的體內治療無毒。(圖源:PNAS)

 

HCM的發生是由於肌節蛋白的突變。它的特點是肌原纖維混亂,改變能量代謝,和肌細胞重塑。使用導致cTnI突變Gly203Ser的人類HCM小鼠模型,我們先前發現此突變與更快的I Ca-L失活速率,通道和線粒體之間的功能性通訊受損以及線粒體代謝活性增加有關與人類狀況相一致。

重要的是,我們確定了I Ca-L的改變動力學和線粒體代謝活性先於心肌病的發展。也就是說,I Ca-L與線粒體之間結構性-功能性通訊障礙會促進HCM的發展。

 

 

參考資料:

Characterization and validation of a preventative therapy for hypertrophic cardiomyopathy in a murine model of the disease

Shared protein fingerprint could simplify treatment of common inherited heart disease

 

俊逵

作者

俊逵

曾任職於醫院機構,主要探討癌症藥物治療相關。想用文字為大家帶來最新的生醫訊息

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