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乌尔里希·格格斯、特里萨·特拉普、哈桑·布什纳克、安德烈亚斯·西姆、罗尔夫·埃德加·西尔伯、约阿希姆·纽曼, "丝氨酸/苏氨酸磷酸酶的年龄依赖性蛋白质表达及其在人心肌中菌中的抑制剂",医学进展, 卷。2019, 物品ID2675972, 9 页面, 2019. https://doi.org/10.1155/2019/2675972
丝氨酸/苏氨酸磷酸酶的年龄依赖性蛋白质表达及其在人心肌中菌中的抑制剂
摘要
心力衰竭和心脏老化在血流动力学和生化参数方面表现出许多相似之处。有证据表明,实验动物和人类的心力衰竭伴随并可能因蛋白磷酸酶(PP)活性增加而加剧1和/或2A。在这里,我们想研究人类心脏中蛋白磷酸酶家族主要成员的年龄依赖性蛋白表达。右心房样本在旁路手术期间获得。患者( )患有慢性冠状动脉疾病(CCS 2-3;纽约心脏协会(NYHA) 1-3期)。年龄从48岁到84岁(中位数69岁)。所有纳入研究的患者都接受了治疗β肾上腺素能受体阻滞剂。其他药物包括血管紧张素转换酶(ACE)或血管紧张素受体-1 (AT)1.)抑制剂、他汀类药物、硝酸盐和乙酰水杨酸(ASS)。100年µG右心房匀浆用于蛋白质印迹。所有目前已知的心脏丝氨酸对催化亚基的抗体(以及它们的主要调节蛋白)用于检测抗原/苏氨酸磷酸酶。详细地,我们研究了PP1(PP1C)的催化亚基的表达;我1.pp1.和我2.pp1.,抑制PP1c活性的蛋白;PP2A (PP2Ac)催化亚基PP2A的调控a亚基(PP2AA.);监管B56α-subit的pp2a(pp2aB);我1.PP2A和我2.PP2A,pp2a的抑制亚基;钙磷素的催化和调节亚基:PP2BA.和PP2BB; PP2C;PP5;和第6页。所有数据均在分析的线性范围内获得。PP2Ac和I显著下降2.PP2A在老年患者中表达,而所有其他参数随年龄保持不变。目前尚不清楚I2.PP2A可能以有害的方式提高心脏PP2A活性,或通过减少蛋白表达而被克服,从而降低PP2Ac活性。
1.导言
在心肌中,约2+-诱导钙2+通过激活ryanodine受体从肌浆网(SR)释放是心脏兴奋-收缩偶联的主要机制[1.].随后细胞内钙离子浓度增加2+注意力集中导致肌肉收缩[1.].放松,加利福尼亚州2+主要通过SR CA的作用从细胞溶溶胶中取出2+-ATPase (SERCA)与Ca的亲缘关系2+由位于SR中的磷蛋白(PLB)调节。磷蛋白本身可由两种丝氨酸/苏氨酸磷酸酶(即动物心脏和人类心脏中的PP1和PP2A)去磷酸化[2.–5.]。PP1的催化亚单位可被两种内源性蛋白质抑制(综述见[4.],http://www.phosphatome.net, 和http://www.depod.org.)具有特殊的物理化学性质(样品煮沸后的保存作用)。这些热稳定蛋白质被命名为PP1(I)抑制剂11.pp1.[6.)和PP1抑制剂2 (I2.pp1.[6.])。长期心脏特异性过度表达1.导致小鼠心脏老化,收缩力下降,提示低PP1活性也不利于心脏功能的长期运行[7.].另一方面,小鼠心脏PP1过表达增加可导致心脏肥大和死亡[8.].与PP1相反,另一种相关的磷酸酶,即PP2A,可能主要存在于包含催化亚基,B亚基和亚基的三聚体(用于当前评论,见[9]).PP2A的心脏过度表达导致转基因小鼠心脏肥大[10.]有趣的是,与PP1类似,已鉴定出抑制PP2A活性的额外蛋白质,即PP2A的抑制剂1(I1.PP2A[11.])PP2A的抑制剂2(I2.PP2A[12.,13.])此外,大量论文描述和描述了PP2B,它由两个亚单位组成,称为a亚单位和B亚单位。a亚单位结合钙调蛋白并具有催化活性。B亚单位是一个2+- 粘合蛋白(用于审查,见[4.])。心脏中PP2B的经典底物是NFAT,它参与基因转录。关于心脏中的PP2C知之甚少。我们最近培育了心脏中PP2C过度表达的小鼠,这导致衰老后的轻度肥大[14.].通常认为PP2C在心脏细胞的线粒体中局部化,并且由于这种本地化,它可能在缺血中发挥作用[4.].最后,PP5和PP6也存在于心脏中[4.]但它们的功能还不完全清楚。至少在衰老过程中,PP5的过度表达会导致心肌肥厚[15.].有证据表明,人类心脏表现出类似的收缩缺陷(由于蛋白质表达的致病变化)作为失败的人体(终末期心力衰竭,Nyha IV [16.–19.])。例如,有人注意到在人类心脏衰竭末期PP1和/或PP2A的活性/表达增强[20.,21.].因此,可以想象,这些主要的丝氨酸/苏氨酸磷酸酶的蛋白表达可能在衰老的人类心脏中发生改变。其他人已经研究了PP在心房样本中在心力衰竭发展中的作用[22.].此外,在犬心动过速心衰模型的心房中PP1活性增加(但PP1催化亚基的蛋白表达不增加)[22.]; 在该模型中,SR的钙含量在心房增加(但在心室减少);SR可释放更多Ca,局部基底收缩力增强[22.]强调心脏病的区域差异。
因此,在目前的工作中,我们检验了上述磷酸酶催化亚单位或其辅助或调节蛋白的表达在衰老的人类心脏中发生改变的假设。
关于这项工作进展的报告出现在抽象形式中[23.].
2.材料和方法
2.1.病人
我们的入选标准是男性和接受过药物治疗的患者β-肾上腺素受体阻滞剂美托洛尔、比索洛尔或卡维地洛。排除标准为任何甲状腺疾病的治疗、NYHA等级高于3级、射血分数低于35%以及使用12种以上不同药物治疗(一名患者)。平均NYHA分级为2.02±0.2,平均左室射血分数为63.65±8.25%,平均CCS为2.25±0.4。所有患者年龄均在48至84岁之间。所有患者均给予书面知情同意。患者因冠状动脉旁路移植接受了心脏直视手术,并从右心耳采集了小的心脏组织样本。该研究由德国哈勒大学医院伦理委员会批准(hm-bü04.08.2005),并根据赫尔辛基宣言中的原则进行。
2.2.免疫印迹分析
对于蛋白质印迹分析,制备组织匀浆,并根据Laemmli制备的2×强度SDS样品缓冲液[24.]将样品溶解10分钟 95℃下的最低温度。等份蛋白质(100 µG /lane)每车道装载,凝胶使用10%聚丙烯酰胺分离凝胶运行。蛋白在50 mM磷酸钠缓冲液(pH 7.4)中电泳转移到硝基纤维素膜,在1.5 A、4°C下180分钟,如前所述[20.,25.],采用由SE600标准双冷却垂直蛋白电泳单元组成的Hoefer垂直电泳系统(Hoefer, Holliston, MA, USA);TE62标准输送罐,带冷却室。电源来自Bio-Rad (Bio-Rad实验室,慕尼黑,德国)。然后用含5.0%脱脂奶粉和0.1% Tween 20的tris缓冲盐水在室温下处理膜60分钟,然后用一抗在4°C孵育过夜。最后,使用碱性磷酸酶标记的二抗,并使用增强化学荧光(ECF, GE Healthcare Europe, Freiburg, Germany)检测条带。荧光波段用一台台风9410成象仪进行可视化,并使用ImageQuaNT软件进行量化(GE Healthcare Europe, Freiburg, Germany)。使用以下一抗:来自德国海德堡Santa Cruz, 1:10 00稀释:抗pp6 (#sc-130849),抗pp2cα/β(sc-166662)、抗PP2B-B1/2(sc-373803)、抗PP2B-A(sc-9070)、抗PP2A-Cα/β(#SC-14020,1:250),防PP2A-B56-α(#sc-271311, 1: 500),抗pp2a - aα/β(#SC-74580,1:250)和抗I2PP2A(#SC-5655,1:1000);来自德国生物摩尔,德国汉堡:抗PHAP 1(= I1PP2A,#P3368-02F,1:1000)和抗PPP1R2(= I2.pp1.,#WA-AP16058b,1 : 1000); 和抗钙Sequestrin(#SP5340P,1 : 1000,Acris抗体,德国赫福德),抗蛋白磷酸酶抑制剂1(#ab40877,1 : 1000,德国柏林abcam),反PP5(611021,1 : 500,BD转导实验室,海德堡,德国),和抗PP1α(#2582,新英格兰生物实验室的细胞信号技术,法兰克福/Main,德国)。二抗(抗山羊IgG、抗小鼠多价免疫球蛋白、抗兔IgG)以1:10 00或1:50 00稀释(均产自德国汉堡Sigma-Aldrich公司),室温孵育2小时。利用这些抗体,我们首先在典型的人类心脏样本中研究了负载蛋白与抗体检测的线性关系。我们注意到从25到200的线性范围µ所有研究的抗体每通道G蛋白(数据未显示)。在随后的所有实验中,我们使用了这些线性范围内的抗原(即人类心房匀浆)。在每个凝胶上,运行一个参考样本,用于凝胶运行之间的比较。
2.3.统计数据
数据显示为平均值±扫描电镜。组间比较采用单因素方差分析,多组比较采用Bonferroni检验。数据经检验为正态分布。对于表1.,我们使用了多变量分析。对于相关性和方差分析计算,我们所使用的软件棱镜5(格拉夫派得软件,拉霍亚,CA,USA)。价值被认为具有统计学意义。
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3.结果
使用Western印迹首次验证抗体特异性。匀浆由冷冻的人心房样品制备并进行Western印迹。测定的线性度在25到200的范围内 µ最初为随后研究的所有蛋白质建立g蛋白(数据未显示),最后,使用100 µ每道G蛋白。图中还描绘了典型的完整车道的西方斑点1(b)和典型年龄组中感兴趣蛋白质的典型western印迹如图所示1(a).对所有其他感兴趣的蛋白质,即PP1的催化亚基、PP2Ac的催化亚基、调控亚基A和B56进行了类似的实验α抑制亚基I1.PP2A和我2.PP2A抑制亚基I1.pp1.和我2.pp1.钙调磷酸酶(PP2B)、PP5和PP6的催化和调节亚基。Calsequestrin (CSQ)作为负载控制,正如我们之前发表的[10.,15.].所有抗体均显示具有预期分子量的蛋白质的特异性标记(图1.).值得注意的是,在老化过程中,PP2Ac在蛋白质水平上的表达降低(参见图中顶部第二行的泳道)1(a))我减少了2.PP2A在老化时(见图中倒数第二行的车道1(a)).通过研究更多样品并进行统计分析来证实初始观察并进行统计分析(见图2.).
(一种)
(b)
(一种)
(b)
(C)
(d)
患者特征可以在表格中看到2..这些药物是心绞痛患者的典型药物。在我们医院,所有其他药物都是这一年龄组的典型药物。药物使用的百分比也可以看到。
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所有患者接受β-肾上腺素受体阻滞剂。括号内为每行接受其他药物的患者百分比,以方便比较。 |
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数字2.年龄与PP2C表达之间无线性相关性(图2(一个))然而,一项亚组分析显示年龄最大的组中PP2C的表达降低(≥80)对60-69。图形2.表示pp2ac之间的显着负相关(图2 (b))以及我2.PP2A(图2 (d))表达和年龄。符合这一点,60岁的患者(我2.PP2A)或70岁(PP2Ac)表现出PP2Ac和I的表达减少2.PP2A年龄与I1.PP2A注意到(图1)2 (c)).同样,亚组分析显示I的表达没有改变1.PP2A(图2 (c))在小组之间。
此外,我们没有观察到任何显著相关性(表1)2.在age和本研究中研究的其他蛋白质之间,即PP1的催化亚基、PP2A的调节A亚基、调节B56α-PP2A,I的亚单位1.pp1.,我2.pp1.,以及钙皮林,PP5和PP6的催化和调节亚基( )十岁年龄组分析的子组未显示这些参数的年龄依赖性显著差异(数据未显示)。
4.讨论
从由于冠状动脉心脏疾病的患者接受心脏搭桥手术心房组织在目前的工作进行了研究。本研究中包含的所有患者都在β-肾上腺素受体阻滞剂疗法。β-肾上腺素受体阻滞剂可以改变这里研究的许多生化参数[26.].动物模型中老化过程中基因表达的几项研究[27.]在人体组织中也使用基因表达阵列[28.]已经出版。在人类中,鉴定了162个与心力衰竭相关的候选基因产物。然而,只有蛋氨酸tRNA合酶mRNA与年龄相关[28.].在非造成的人体心中,只有两份与年龄相关的转录物,例如,金属硫蛋白1L的丰度随着年龄的增长而增加[28.]然而,这些数据是在心室组织和mRNA水平上获得的,而我们研究的是心房组织和蛋白质表达。
在过去,我们和其他人已经描述了在心衰动物模型中PP1和/或PP2A的表达增加[20.,21.,26.,29.,30.].此外,我们检测到在人类心脏衰竭的SR中PP1活性增加[20.]这些数据得到了对过度表达和基因敲除小鼠的动物研究的支持。例如,PP1、PP2A或PP5催化亚单位的过度表达可导致转基因小鼠的肥大或心力衰竭[8.,10.,15.,31.].肥大的机制被认为是通过磷酸酶以特定的方式使关键调节蛋白去磷酸化[5.].PP2A和PP1的典型底物之一和心脏收缩力的经典调节剂是磷化酶[32.].磷酸酶1-或2诱导的肥大和/或失败可以通过I的共同表达衰减或消除1.pp1.或者我2.pp1.在双转基因动物中,或用编码适当抑制剂的病毒转染衰竭心脏的心肌细胞[7.,33.–39.].I的表达和功能1.pp1.由于micro-RNA765的调节作用,心力衰竭时RNA765可能减少[40–42.].
有趣的是,用心脏肥大的经典模型异丙肾上腺素治疗大鼠心脏,可增加磷酸酶活性(PP1和PP2A),而同时服用β-Adrenoceptor阻滞剂普萘洛尔不仅抑制心脏肥大,而且标准化了磷酸酶的活性[26.].这些数据表明治疗心力衰竭患者的部分有益效果β-阻滞剂可能是磷酸酶活性降低的结果β-Adrenoceptor阻滞剂治疗可以改变磷酸酶表达,因此我们只包括患者β-肾上腺素受体阻滞剂治疗,以排除这种治疗作为混杂因素。与此相反,与心衰的发现和我们最初的假设相比,我们注意到这些在心衰中暗示的定义明确的蛋白质没有变化,即PP1的催化亚基和PP1的经典抑制剂没有变化。此外,有充分的证据表明,钙调磷酸酶(=PP2B)的活性在人类心力衰竭中增加;PP2B在动物模型中过表达,导致心力衰竭和心肌肥厚[43.].然而,在我们的研究样本中,PP2B (A或B亚基)的蛋白表达没有变化。PP2A的情况有些不同。然而,PP2A的B和A亚基和I1.PP2A没有改变,催化亚单位pp2ac和i的表达2.PP2A随着年龄的增长而下降(图2.).这种下降预计将导致PP2A活性的改变。关于I的心脏调节的数据很少2.PP2A表达式。然而,在异丙肾上腺素诱导心肌肥厚的大鼠心脏中,I2.PP2A(一组)被注意到[44.].因此,我们建议在PP2A(但不同的生化原因),其跌幅是在心脏衰老和心脏衰竭的共同特征。这项工作的另一个新颖发现是在最旧的患者中降低PP2C的表达。在斑马鱼中PP2C的遗传敲击导致心力衰竭[45.]此外,肥胖大鼠心脏中PP2C表达升高,因此PP2C与脂毒性心肌病有关[46.].同时,我们成功地产生了心脏特异性过表达PP2C的小鼠[47.].在这些动物中,我们计划测试它们的心脏是否在衰老过程中发生功能性改变。然而,在心肌线粒体中发现了PP2C[4.,45.,线粒体功能和基因表达在心力衰竭中改变[48.];PP2C的作用是心脏衰老并不是不合理的。有限的数据可用于实验动物心脏中磷酸酶的表达和/或活性。几年前,我们已经表明MRNA和蛋白质水平的表达以及PP1和PP2A的活性在成人与新生大鼠心中大大下降[49.]然而,我们无法获得这些研究的新生儿心脏。然而,这些数据[49.[清楚地表明,PP1和PP2A可以在哺乳动物心脏的开发和老化后进行调节。PP6显示PP2A的催化亚基的57%序列同源性,并且在人体中高度表达,并且可以参与细胞周期调节[50.]但在本研究中没有变化。
4.1. 研究局限性
本研究的一个缺点是,我们只研究了病变心肌。然而,我们目前无法获得非病变心肌,更具体地说,来自非病变心脏的心房,这些数据可能是通过非侵入性方法获得的。此外,由于缺乏在过去,我们描述了人类心脏中磷酸酶在心房和心室中的分布是不同的[51.]具体而言,我们注意到PP1亚型的mRNA在右心室高于右心房。然而,通过westernblots研究的蛋白质表达在这些组织之间没有差异,强调了测量磷酸酶蛋白质表达的价值。相比之下,与人右心房相比,右心室PP2A亚型的mRNA和蛋白质的表达更高[51.].本研究的另一个严重限制是,所有患者都服用了几种药物,我们不能排除衰老心肌中存在的一些变化被药物效应所掩盖。此外,我们排除了重症患者(NYHA IV)因为这会使我们的结果产生偏差,因为在终末期心力衰竭中已知许多基因改变。事实上,EF分数在正常范围内,表明研究患者没有(收缩)心力衰竭。此外,我们目前缺乏组织来研究是否(如预测的那样)在人类心脏中,PP2A酶的活性随着衰老而增加。在病理性衰老中,至少在大脑中,已经描述了一种相关但功能相反的机制:SET(=I2.PP2A)从核释放到胞嘧啶并抑制PP2A活性;这导致Tau的高磷酸化,其可能表现为Morbus Alzheimer [52.].由于I1.在衰老小鼠中研究过过度表达。在这里,得到了有些矛盾的结果:7.]报告说我1.随着年龄的增长,过表达导致心肌肥厚,而其他人注意到心肌肥厚(尽管心肌调节蛋白磷酸化增加)和低水平的I1.转基因小鼠的过度表达[53.,54.].然而,这些数据是PP在老化心脏中的作用的构成,并且可能强调通过调节内源性PP抑制剂的PP改变程度是相关的。
此外,人们可能会问,为什么我们测量了与心脏钙sequestrin (CSQ-2)相关的感兴趣蛋白(PP)的表达。钙sequestrin的优点是,它是一种主要(如果不是唯一)在心肌细胞中表达的蛋白质。Knollmann团队和我们自己已经制造出了CSQ KO小鼠。事实上,在这些小鼠中,我们在CSQ2 KO小鼠的心房中没有检测到信号[55.,证明我们在本研究中使用的抗体也只检测CSQ-2。Herraiz-Marinez [56.]指出,CSQ-2/GAPDH的比值随着年龄的增长而下降,因此我们的样本中是否不应该使用GAPDH而不是CSQ-2作为参考。然而,GAPDH是一种被广泛接受的家政蛋白;它存在于心肌细胞中,但在非心肌细胞中也大量存在。因此,在衰老过程或潜在的冠心病(导致我们的患者进行手术)中,非肌细胞可能会发生增殖(例如,纤维细胞数量的增加)。因此,我们认为,如果一个人想要参考心肌细胞的表达,那么目前测量CSQ-2是一种有效的替代方法。
4.2。结论
主要的新发现是,磷酸酶是人类心脏老化过程的一部分。更详细的研究是必要的,以明确界定它们是否可能是药物治疗衰老的目标。例如,我们可以推测,选择性抑制PP2A的药物可能是有益的。这种药物原则上可与冈田酸一起使用:在10nm时,它只能抑制PP2A而不能抑制PP1 [4.].令人遗憾的是,它的作用不限于心肌,我们已经表明,通过抑制平滑肌磷酸酶,它导致血管收缩在孤立的人冠状动脉中会使心脏功能恶化[57.].我们推测,寻找心肌特异性抑制剂PP2A可能是合理的药物治疗衰老的人类心脏。
数据可用性
用于支持本研究结果的数据可根据要求从相应作者处获得。
利益冲突
作者声明他们没有利益冲突。
致谢
这项工作是Theresa Trapp的医学论文的一部分。我们承认德国研究基金会(DFG)的资金计划“开放式发布”中的财务支持。
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