Ube3a介导的蛋白质泛素化在心肌肥大发生过程中的作用研究

The increase of protein synthesis is an important feature of myocardial hypertrophy. It’s essential to maintain the normal function of heart under a normal protein metabolism. It has been proved that the abnormal metabolism of protein ubiquitination can cause the cardiovascular disease. We have found myocardial hypertrophy related gene, Ube3a, by a bioinformatics scheme and experimental technologies. In the process of myocardial hypertrophy in rats, Ube3a was unregulated at the levels of transcription and translation. In view of our results, we hypothesize that, “Ube3a levels in myocardial cells change can break the stability of ubiquitin proteasome system, thus it can trigger the potential abnormal protein degradation potential and eventually, it will lead to myocardial hypertrophy”. We will validate the role of Ube3a in the process of myocardial hypertrophy by technologies of gene over-expression technology, gene knockdown technology, et al, which are at both cell level and animal level. Also, we will explore the role of potential therapeutic targets of Ube3a. The implementation of this project can reveal the ubituitin protein degradation mediated by Ube3a in the process of myocardial hypertrophy and provide the experimental evidence for understanding the pathophysiological mechanisms of myocardial hypertrophy.

蛋白质合成增加是心肌肥大的重要病理特点，故维持蛋白质的正常代谢对维护心功能的正常运转必不可少。已有实验证明蛋白质泛素化代谢过程出现异常会引起心血管疾病的发生。我们在前期工作中运用生物信息学策略和分子生物学实验筛选出心肌肥大相关的泛素蛋白连接酶Ube3a，发现在大鼠心肌细胞肥大过程中，Ube3a在转录和翻译水平均表达上调。因此，我们提出假设：Ube3a在心肌细胞内水平的改变可以打破泛素蛋白酶系统的内稳，从而触发潜在蛋白的异常降解并最终导致心肌肥大。为证明假设，我们将分别在细胞水平和动物模型水平，通过基因过表达技术、基因敲低技术等分子生物学实验，来明确Ube3a在心肌肥大过程中的作用，并通过免疫共沉淀质谱分析等技术探索Ube3a在心肥过程中的靶蛋白。本课题的顺利实施可以揭示Ube3a介导的泛素蛋白降解途径在心肥过程中的重要意义，并为深入理解心肌肥大的病理机制提供实验依据。

人类心肌细胞的一个特点是出生不久便失去分裂增长的能力。蛋白质合成增加是心肌肥大的重要病理特点之一，因此，维持心肌细胞正常的蛋白质代谢对维护心脏功能的正常运转必不可少。已有实验证明蛋白质泛素化代谢过程出现异常会引起心血管疾病的发生。申请者在前期工作中运用生物信息学策略和分子生物学实验筛选出心肌肥大相关的泛素蛋白连接酶Ube3a，发现在大鼠心肌细胞肥大过程中，Ube3a在转录和翻译水平均表达上调。同时，我们的前期工作发现在双氧水刺激的心肌肥大模型中，Ube3a也是异常表达的。为此，我们提出假设：Ube3a在心肌细胞内水平的改变可以打破泛素蛋白酶系统的内稳，从而触发潜在蛋白的异常降解并最终导致心肌肥大。为证明假设。申请者已作为第一作者和通讯作者将该研究成果已发表在SCI期刊上， Cardiovasc Toxicol(Rui Song, Jie Zhang, etal.15:23-28, 2015)和Molecular Medicine reports（Jie Zhang， etal.9:621-625,2014）。同时，我们拟在此基础工作上：（1）利用Iso刺激心肌细胞，确认Ube3a在心肥过程中的异常表达；（2）运用RNA-seq高通量测序技术，通过数据挖掘技术及差异表达基因的功能分析，从而确认心肥过程中，Ube3a可能介导的生物学通路；（3）最后运用Western技术检测上一步分析确认的通路相关分子标记物的表达情况，从而确认心肥过程中Ube3a所影响的生物学通路。本研究的顺利实施将为今后对Ube3a在心肌肥大过程中的机制研究打下基础，同时也为理解心肌肥大的病理机制提供实验依据。