eif4E3对心力衰竭发生的调控及分子机制

We study molecular mechanisms of congestive heart failure (CHF) with a focus on translation initiation. Enhancing cap-dependent mRNA translation initiation by gene deletion of 4EBP1, PKR or GCN2 provided robust cardiac protection against Transverse Aortic Constriction (TAC)-induced CHF without enhancing LV hypertrophy. These data indicate that selective regulation of translation repressor(s) may have great therapeutic potential as a treatment for CHF. The central goal of this project is to define the role and molecular mechanism(s) of a novel translation initiation inhibitor eif4E3 on CHF development. eif4E3 is strongly expressed in the heart. We hypothesize that inhibition of eIF4E3 will attenuate TAC-induced CHF by enhancing the formation of translation complex eIF4F, which is important for translation initiation of mRNAs containing complex 5’ UTRs. We will pursue two specific aims: (i) Define the role and molecular mechanism of 4E3 in CHF development; (ii) Determine the cardiomyocyte specific impact of 4E3 KO on treating CHF. We will use global 4E3 KO and inducible cardiomyocyte specific 4E3 KO mice, combined with SERCA2a 5’-UTR reporter assay, analysis of mRNA accumulation in stress granule formation, and 4E3 over-expression/knockdown studies in cultured cells to decipher the underlying mechanisms of maladaptive influence of 4E3 in the heart. These studies will provide novel insights into how changes in translational initiation by 4E3 influence CHF, and will investigate the therapeutic potential of enhancing eIF4E activity by repressing 4E3 as a treatment for CHF.

我们课题组长期致力于充血性心力衰竭（CHF）的发病机制研究，目前的研究重点集中在mRNA翻译起始对CHF发病的重要作用。我们近期研究表明通过4EBP1、PKR及GCN2基因敲除增加mRNA翻译起始可显著抑制压力负荷诱导的CHF。eif4E3是一种新型的翻译起始抑制剂，我们预实验发现eIF4E3基因敲除也可以明显减缓TAC引起的CHF。然而eif4E3导致CHF的分子机制尚不完全清楚。本课题拟从动物、细胞及分子水平，从以下2个方面系统阐述eIF4E3在心力衰竭中的重要作用：①确定eif4E3在CHF进展中的作用和分子机制；②阐明心肌细胞特异性eif4E3基因敲除对治疗CHF的作用。本研究将系统阐明eif4E3在心力衰竭中的作用及机制，为心力衰竭的防治提供新的分子靶点。

真核生物翻译起始因子eif4e3其通过将mRNA帽结合蛋白eIF4E隔离，减弱翻译起始复合物的形成，负向调控mRNA到蛋白质的翻译过程。然而，eif4e3的一般生理作用及其在心力衰竭发展中的作用尚不清楚。我们证明了eif4e3在骨骼肌和心脏中高丰度表达，而eif4e3在衰竭的心脏中表达增加。与野生型小鼠比较，eif4e3基因敲除对小鼠的发育和生长没有明显的影响，但有趣的是，eif4e3 敲除显著减轻了主动脉缩窄(TAC)诱导的左心室肥厚、左室功能紊乱和肺脏重构。eif4e3 敲除还会显著增加心肌调节心脏功能的关键蛋白SERCA2a的表达。进一步的研究表明，eif4e3 敲除可引起多种调节能量代谢和线粒体生物发生的转录因子的增加，以及保护心脏的抗氧化剂和酶的增加。eif4e3 敲除也能显著抑制TAC诱导的eifF4A蛋白表达降低，提高eifF4E活性。eif4e3 敲除保持了eIF4F的完整性。我们首次证明了抑制eif4e3可减轻压力过负荷引起的小鼠心力衰竭，这表明针对eif4e3的治疗干预可能是治疗心力衰竭的一种新的治疗方法。在本项目的支持下，我们同时研究发现心衰晚期肺脏炎症特别是T细胞的活化对其发展期关键作用，抑制T细胞的活化可以显著抑制压力过负荷诱导的心力衰竭的发展。