文摘
越来越多的证据表明,基因调控网络,负责指导心血管发展,在成人心脏压力条件下改变。心脏基因调控网络是由cardioenriched转录因子和multiple-cell-signaling投入。转录辅活化因子也参与基因调控电路作为主要目标的生理和病理的信号。在这里,我们专注于最近发现myocardin——(MYOCD)相关转录辅因子家族(MRTF-A和MRTF-B)与血清反应转录因子,激活各种目标基因的表达参与心脏成长和适应压力通过重叠但不同的机制。我们讨论的参与MYOCD、MRTF-A MRTF-B心脏功能障碍的发展和在多大程度上调制的这些因素的表达在活的有机体内可以与心脏疾病的结果。仔细检查发现标识MYOCD-related转录辅因子作为公认的治疗目标改善心力衰竭的心脏功能状况通过不同的上下文相关的机制。然而,我们在支持进一步的研究,以便更好地理解个体的精确作用MYOCD-related因素心脏功能和疾病,任何治疗之前娱乐在临床前试验。
1。介绍
心力衰竭(HF)是常见的各种心血管疾病的终末期条件特点是逐步降低心输出量结合不足或缺乏补偿机制。心力衰竭是一个重大的公共卫生问题影响到欧盟(1500万名患者1]。在描述性术语中,可以分为急性或慢性心力衰竭,充血性,收缩压或舒张压,高或低产出,左站或右站,和向后或向前。普遍零星(分家)心力衰竭的原因包括心肌梗塞、高血压、缺血性或扩张型心肌病。利尿剂、ACE(血管紧张素转换酶抑制剂和血管紧张素ⅱ受体阻滞剂改善慢性心力衰竭患者的存活期但不会阻止心肌细胞分子和结构恶化(了2])。尽管在临床研究和基础心血管研究进展(见[3- - - - - -5]),目标分子机制,促进和维持高频发展的病人仍然难以捉摸(尽管有一些进步,看到6,7])。
广泛的研究在过去的十年里已经开始提供重要的进步我们理解心发展之间的相互作用和疾病(8- - - - - -11]。这个方向的重要一步是说明了最近的研究基因调控网络的(入库单)在心肌细胞(12- - - - - -15]。入库单的解开在正常和病变心脏提供了机会识别单一关键因素调控的基因表达网络无所不在地改变失败的心肌,不管心力衰竭的病因16]。
主要参与者参与心脏入库单是转录因子,显著的其中血清反应因子(SRF;(15])。SRF,契尼的一员(米CM1,一个克,D电弧炉,年代RF)框转录因子家族,作为一个二聚体结合到特定的网站(称为CArG框位于血清反应元素)对DNA开车数百个目标基因的表达在多种类型的细胞和组织,从大脑心肌17- - - - - -19]。尽管广泛表达,在不同的细胞环境中扮演专业角色。SRF调节基因表达的机制的一个特异性的方式是通过SRF招聘专门的一些代数余子式表示在给定的细胞类型。在不同的肌肉细胞(心脏、光滑、骨骼),特异性SRF-dependent基因表达的调控是通过绑定特定的辅活化因子公司、如myocardin (MYOCD)和myocardin-related转录(MRTF)代数余子式,MRTFA和MRTFB(了20.- - - - - -23])。
数据从动物模型和临床研究的病人提供了证据的病理后果的冗余和缺乏成人的心。事实上,hyperexpression会导致病理性肥大公司、同时抑制SRF活动可能导致发展的扩张性心肌病(综述[18])。的参与在不利心脏重塑公司、一直感兴趣的探索MYOCD家庭成员的潜在贡献,作为辅活化因子公司、心脏病。因此,过去几年积累的数据清楚地表明MYOCD蛋白家族在几种常见形式的成人心脏疾病,如病理心脏肥大,心肌梗死,心力衰竭(24]。此外,MYOCD基因表达调节循环血液中细胞的零星的肥厚性心肌病患者(25)或高血压26]。
有一系列的优秀评论分子和功能描述,和调节MYOCD不同肌肉和nonmuscle MRTFs细胞类型(20.,24,27- - - - - -29日),而这些重要方面将评论相对短暂。相反,本文强调最近的见解MYOCD家族的转录辅因子参与心脏功能障碍和实验调制在多大程度上这些因素的表达在活的有机体内可以与心脏疾病的结果。
2。Myocardin家庭:蛋白质功能域和转录因子结合图案
myocardin蛋白质家族包括(如上所述)MYOCD本身和两个MYOCD-related转录因子,MRTF A和B(也称为MAL / MKL1和MAL16 / MKL2,职责)。MYOCD-related SRF-binding代数余子式的家庭的属性特点是最广泛MYOCD本身,创始成员,并假定其他MYOCD家庭成员间共享。尽管有时MYOCD蛋白质家族成员被称为“转录因子”(见,例如,(24),他们不绑定到DNA本身。相反,他们形成一个三元复杂与CArG SRF固定盒的倡导者心肌和平滑肌收缩(SM)基因。
MYOCD是SAP (a / B scaffold-attachment因素,腺泡,pia)域蛋白质是由奥尔森集团在发现的在网上寻找潜在的心脏早期发育的基因(30.]。Mrtf-A和Mrtf-B最初是孤立的王先生和他的同事(31日在筛选互补脱氧核糖核酸数据库Myocd有关的调查。他们都显示一个类似的域组织(图1)RPEL组成的图案,一个基本领域,多为一个地区,一个SAP的领域,一个亮氨酸zipper-like地区,和转录激活域。
MYOCD蛋白质的氨基端区域包含几个RPEL主题(也称为RPEL域)与球状肌动蛋白相互作用的能力。RPEL域之间的差异似乎定义不同的核质运输活动MYOCD家族蛋白质:MYOCD由位于细胞核而观察其家庭成员,MRTF-A MRTF-B,大多存在于细胞质中,把原子核的肌动蛋白聚合反应(更多细节见37,38])。最近,它已经表明,核积累MYOCD家庭成员也取决于他们不同的相对亲和力核进口因素(39,40]。值得注意的是,MEF2(肌细胞增强因子2)结合主题位于RPEL1 MYOCD是独一无二的;这MEF2绑定图案转移到MRTF-A授予co-activate MEF2转录因子的能力(32]。其他SAP域蛋白质(名为MASTR)股票这个主题MYOCD和充当MEF2 co-activator [41]。
MRTF-A和MRTF-B分享强大的序列同源性与MYOCD基本和Q-rich域,负责绑定。SAP领域,典型的观察在不同核蛋白质参与染色质组织/装修,不需要与SRF MYOCD蛋白质的相互作用。然而,突变的SAP域MYOCD影响某些SRF-dependent基因激活的目标,而不是其他人,这意味着这个领域的角色在目标基因歧视。尽管所有MYOCD拥有一个高度保守的蛋白质transactivation域的c端区域,MRTF-A激活CArG-dependent SM-gene推动者达到水平引起的类似MYOCD本身,而MRTF-B在这方面更有效。几个MYOCD共识的地区已被证明是公认的对转录因子结合的位点,除了SRF,也参与调节心脏相关基因转录和表达或心脏组织的反应压力(见图1,TBX5 MEF-2 GATA4, NKX3.1)。即将到来的研究应揭示MYOCD家族的全部潜力在心脏转录监管网络。
正式认为,高度的域相似性MYOCD家族成员表示,他们可能会相似或重叠的功能开发和成人的心脏。然而,类似域组织单独的证据并不能证明MYOCD家庭成员做实际上执行相同或相似的函数或操作在心脏。基本假设关于异同在心脏组织的表达和功能进行了讨论。
3所示。Myocardin家族蛋白质和心脏发展:教训老鼠基因敲除模型
完成功能丧失(总/全球或组成型基因敲除实验表明感兴趣的基因的功能(s)通过表型缺陷的结果在小鼠突变体,通过外推,在人类身上。甚至早期胚胎致死表型可能足够信息来预测基因是重要的对于一个给定的胎儿组织/器官,但角色的基因可能在开发以及产后/成人生活仍然未知。克服这些问题,技术已经开发创造条件基因敲除模型,其中感兴趣的一个基因可以灭活在时空上受控制的方式。几个这样的方法被用来评估的程度的成员MYOCD转录辅因子参与家庭的分子和细胞过程潜在的心脏发展和成熟。
MYOCD家族的成员在心脏coexpressed以及不同的SM血统在小鼠早期胚胎发育(30.,31日]。虽然单个gene-null突变Myocd和Mrtf-B导致大范围的组织异常和胚胎杀伤力,这里我们只考虑结构和功能影响这些基因的失活的心和相关结构。(账户的宽谱扰动观察到在这些淘汰赛,看到表中提供参考1)。
在老鼠中,完整的损失Myocd导致严重的早期发展,致命的从失败在血管SM分化表型42]。但是,早期cardiogenesis是不受影响的Myocd空的老鼠。心的发展Myocd淘汰赛中可以通过冗余部分获救的活动Mrtf-A和/或Mrtf-B。尽管一再声明,这个建议尚未测试实验。相比之下,尽管两者Myocd和Mrtf-B在胚胎血管coexpressed SM细胞,Myocd背主动脉零老鼠缺乏差异化SM细胞和胎盘血管。
由于早期的致命的表型Myocd零胚胎,有条件基因敲除的方法也可用于选择性地消融Myocd在发展中心脏。Cardio-restricted失活的Myocd没有改变的心发展的基因。然而,出生后与有条件地灭活突变小鼠Myocd基因开发扩张型心肌病(DCM)伴随着心肌细胞结构受损组织和严重抑郁的收缩功能43]。在嵌合Myocd基因敲除小鼠,产生的注入Myocd零胚胎干细胞广式胚泡,Myocd空细胞不能导致心室心肌的形成,虽然这些细胞表型正常,没有显示超微结构的改变(50]。此外,这些结果暗示Myocd绝对是心室心肌功能发展所需,可以发挥关键作用的反应心中出生后紧张刺激。
相比Myocd空的胚胎,Mrtf-B纯合子null或hypomorphic淘汰赛胚胎表达心血管异常表型类似这些人类先天性心脏病患者中观察到。虽然基因敲除模型中使用这些研究导致表型不同的严重程度,薄壁心室心肌和心室间隔缺损观察每个模型设置。异常模式的鳃弓动脉(47),动脉干(48,49)也在其他常见症状(见表1)。虽然消耗的后果Mrtf-B特别是在心肌内尚未报道,全球的结果Mrtf-B淘汰赛中证明这对胚胎心脏发育的因素是绝对必需,特别在心室和心脏流出道隔间。
的作用Mrtf-A在心血管发展仍不清楚。两组独立显示Mrtf-A淘汰赛中是可行的,可以达到成年期没有明显的心脏和其他器官异常;只有淘汰赛女性拥有乳腺功能障碍由于乳腺肌上皮细胞分化[的失败44,46]。虽然Mrtf-A心发展并不是必需的,它可能扮演一个特定角色在心肌细胞的生存发展的特定时期:一组吗Mrtf-A零小鼠胚胎受到膨胀的心腔和死于midgestation阶段(46]。此外,年轻的成年老鼠缺乏Mrtf-A显示明显弱肥厚性反应两个急性和慢性压力超负荷暗示Mrtf-A参与在产后心脏肥大信号通路(45,51]。
老鼠缺乏的每个成员Myocd在开发过程中家庭表现出明显的全球表型(24,28]。在心血管系统中,基因敲除突变Myocd,Mrtf-A,或Mrtf-B基因特别是心脏形成的影响不同的方面在不同的发展阶段。失活的Mrtf-B彻底改变模式形成发展中,会导致先天性心脏畸形,而缺乏Myocd和Mrtf-A表型上变得明显,而成熟的心脏产生,分别在发展严重的DCM或贫穷的肥厚性反应。这些因素是否也参与成人心脏功能,如果是这样,这些因素如何调节心脏压力信号的响应如下突出显示。
4所示。Myocardin家族蛋白在成人心脏
一旦心开发完成,产后心脏接管的功能成熟心脏入库单的使用扩展到成年期提高某些形式的成人心脏病的可能性会导致成人改变组件的监管途径(52- - - - - -55]。
的成员MYOCD基因家族是成人心肌表达在正常和病变。心室心肌,高度有序的组织结构,由不同的细胞(心脏细胞,成纤维细胞,血管内皮和SM细胞),所有参与心肌重塑的生理和病理反应压力。在这里,我们将讨论参数显示的可能功能MYOCD家庭因素在心肌细胞和成纤维细胞细胞车厢的成年心肌(图2)。
4.1。MYOCD
MYOCD绝对是需要成人心脏功能的维护。Cardio-restricted失活的Myocd基因在成年小鼠心脏导致严重的四腔扩张型心肌病的发展由于大量肌细胞通过细胞凋亡和替代纤维化损失。Mrtf-B,显示nonaltered心脏表情,没有救援的DCM表型Myocd可拆卸的老鼠。它被发现在这个模型系统Myocd本身功能的心肌细胞自发地调节肌细胞基因表达和肌纤维组织,防止心肌细胞凋亡在生理血流动力学反应压力43]。
根据这些结果,难怪MYOCD曾被卷入的心室心肌重塑反应生理或病理pressure-overload肥大(56- - - - - -58]。此外,MYOCD是必要的和协调的心室心肌肥厚性响应各种刺激如去甲肾上腺素、内皮素、异丙肾上腺素、醛固酮、血管紧张素ⅱ,胰岛素和胰岛素样生长因子,beta-transforming生长因子(TGF -β)。强迫的表达Myocd在培养心肌细胞的表达增加细胞大小和分子标记的心脏肥大,而击倒的Myocd变弱的心肌细胞肥厚性反应能力(58- - - - - -63年]。在新生儿缺氧心肌细胞增加MYOCD和ROS水平(活性氧)导致细胞肥大,可部分逆转了阿托伐他汀治疗(64年]。集体,实验数据表明至少有两个重要角色MYOCD成人心肌细胞:它的作用在维护结构完整性与心肌细胞的生存和地位在肥厚性重塑prohypertrophic因素引起的遗传模型、主动脉狭窄,和神经体液的因素。
尽管流行的假设MYOCD几乎只在心脏和SM细胞表达,MYOCD表达式也发现在人类成纤维细胞(65年)在参与功能分化和细胞增殖具有负面作用[66年]。事实上,在模型细胞化验超表达的Myocd导致抑制在G2 / M期细胞循环发展和形成的多倍体细胞(67年]。MRTF-A MRTF-B也对成纤维细胞起到抗增殖作用(68年]。
的表达Myocd未发现在小鼠的心脏成纤维细胞(69年),但大鼠心脏成纤维细胞培养介质条件的间充质干细胞(msc)表达Myocd(70年]。在大鼠心脏成纤维细胞,Myocd表情似乎年龄依赖和受低氧诱导因子1的影响α(71年]。
它已经证明MYOCD-mediated transactivation目标基因的启动子和细胞依赖上下文(72年,73年]。MYOCD就不足以激活心脏基因多能10 t1/2成纤维细胞(74年,75年]。异位Myocd表现在骨骼肌肉驱动BC3H1细胞系诱导心脏和SM基因和刺激心脏sarcomerogenesis SM-like丝没有证据的形成(76年]。感染的人类心外膜细胞腺病毒载体编码Myocdco-activated SM和心脏标记基因,但没有导致装配SM-like丝(77年]。同样,迫使Myocd表达导致广泛的心肌细胞的激活和SM基因在人类foreskin-derived [65年]和心肌瘢痕成纤维细胞(msf) [78年]。虽然这样的MYOCD迫使msf没有获得心肌细胞结构和功能表型,他们成为能够进行电脉冲。在体外的,将Myocd迫使两个单独的心肌细胞之间的成纤维细胞领域导致了再同步的两个dyssynchronously跳动的心肌细胞区域(78年]。值得注意的是,强迫的表达Myocd提高疗效的msc植入的效果postmyocardial梗死(MI)在老鼠身上79年]。
Myocd表达式由TGF -调节β1在成纤维细胞(66年)和SM细胞(80年],MYOCD参与TGF -β1 signal-transducing SM通路激活基因转录(81年,82年]。心脏TGF -β1表达调节心肌梗死动物模型和心室肥大和肥厚性或DCM患者83年]。虽然尚未证实,但它很容易推测心脏梗塞的TGF -β1感应的Myocd表达可能导致fibroblast-to-myofibroblast过渡。从这个意义上说,最近的一份报告提供了直接证据,MRTF-A和MRTF-B TGF -的主要监管机构β1-induced fibroblast-to-myofibroblast过渡(84年]。
4.2。MRTF-A
符合其发现MYOCD-related因素,它最初被建议MRTF-A心中起着潜在的重要作用[31日]。然而,这方面的证据被发现最近才使用在成人心脏功能障碍模型Mrtf-A零的老鼠。记住,是合适的基底条件下Mrtf-A零老鼠并没有表现出任何明显的心脏结构或生理缺陷(44),和失活Mrtf-A表达与变化无关Myocd或Mrtf-B表达突变的心(45]。
在活的有机体内研究,使用主动脉带模型,表明损失Mrtf-A抑制或减少肥厚性基因的激活程序在左心室(LV)诱导心肌机械压力过载。在形态层面,一定程度的LV肥大也减少Mrtf-A突变小鼠实验诱导慢性压力超负荷与控制。同样的效果也被观察到Mrtf-A零老鼠受到治疗慢性血管紧张素ⅱ(45]。综上所述,结果发现MRTF-A因素中介prohypertrophic信号诱发的机械应力在心室心肌和神经体液的刺激。
然而,它仍然不确定如果MRTF-A本身功能监管心室肥大心肌细胞自治的方式。最近使用新生儿心肌细胞培养实验表明,过度的Mrtf-A并引起肥厚性增长和心脏肥大标记基因的表达在这些细胞。此外,发现两者的表达Mrtf-A和Myocd肥厚性信号引起的,而这些因素的显性负突变体(缺乏泰德域,参见图吗1)减弱agonist-induced心肌细胞肥大。同时,抑制内源性Mrtf-A表达降低去甲肾上腺素、血管紧张素ⅱ和TGF -β在新生儿全身肥大心肌细胞(63年]。与这些数据,在一起Mrtf-A空鼠(45,51),表明除了MYOCD, MRTF-A可以发挥重要作用在心脏肥大心肌prohypertrophic因素。
在成年人的心,Mrtf-A强劲表现在正常心脏成纤维细胞被激活成为SM-like myofibroblasts MI。myofibroblasts强烈表达吗αsm肌动蛋白和细胞外基质(ECM)的蛋白质。在最近的报告69年),MIs生成使用Mrtf-A零和广式成年小鼠手术结扎冠状动脉左前降枝的。同时,显著降低梗塞大小和减毒upregulation ECM标记(胶原蛋白、弹性蛋白)在边境地带,观察心肌梗死Mrtf-A零MI广式相比,老鼠。fibroblast-to-myofibroblast过渡被认为是主要负责纤维化重构的mi的心。SM myofibroblast激活的标志的表达,以及密度myofibroblasts MI的边境地带,是减毒Mrtf-A零老鼠。
同时,Mrtf-A空的老鼠显示减少心肌纤维化血管紧张素治疗的反应。强迫的表达Mrtf-A在孤立的心脏成纤维细胞能充分激活myofibroblast-associated SM基因表达下调的MIMrtf-A空的心(69年]。这些结果表明,MRTF-A可以发挥至关重要的作用在促进fibroblast-to-myofibroblast过渡和mi后心脏纤维化的重建。(更详细的评论和细微差别myofibroblast MRTF-A-regulated通路的激活有关,看到85年])。
5。Myocardin家族蛋白质和心脏病
正如上面提到的,有许多证据牵连MYOCD作为心脏肥厚性增长的重要调节器。然而,直到最近,MYOCD促进心脏肥大的能力在活的有机体内直接检查。在新生儿的小猪,在活的有机体内强迫的表达MYOCD在心室心肌导致激活一组胎儿心脏和SM与受损的收缩性能相关的基因虽然没有显著改变heart-to-body重量比被检测到MYOCD转染与control-sham动物(86年]。在新生儿的小猪,正确的(RV)和左心室(LV)显示不同程度的肥大,RV可以用作慢heart-matched reference-control更迅速增厚的LV (87年,88年]。然而,的表达MYOCD发现类似的猪在LV和房车以及人类新生儿(56]。最简单的解释这些数据是,尽管MYOCD上调表达的一组/ MYOCD-dependent基因响应肥大信号公司、它本身并不足以区分不同模式之间的LV / RV成人心脏重塑在活的有机体内。
除了它在自适应中的作用的基因表达和维护心功能,MYOCD也被卷入成人心脏病理的反应压力在严重的肥厚性重塑(58,89年]在终末期心力衰竭由于扩张,缺血性,cardiotoxic厘米(56,58,90年]。所有的这些特点是upregulation条件MYOCD表达没有LV心肌。此外,MYOCD SM目标失败也在调节心肌在动物模型和患者(91年]。虽然这相关证据链接MYOCD信号采集的病理条件下,所扮演的角色MYOCD基因活化在高频条件在活的有机体内仍不清楚。最近,我们试图整合调节MYOCD信号为心力衰竭的发病机制,使用目标RNAi-mediatedMYOCD基因抑制猪模型的舒张期心衰(DHF)。在活的有机体内沉默的内生MYOCD在mid-advanced登革出血热的差别导致了对这些阶段MYOCD端依赖SM-gene表达式没有心肌[92年]。这样的调整MYOCD和SM-target表达水平的一系列生理变化导致舒张功能恢复和扩展没有动物的生存前提下MYOCD信号的生理功能43)作为一个心脏的适应性反应的一部分压力。
我们所知,MRTF-A和MRTF-B失败心肌的作用并不是评价研究。然而,从实验的数据Mrtf-A零调制的老鼠强烈建议Mrtf-A表达hypertrophy-induced [45)或mi (69年)没有心肌可能承诺从治疗的角度。值得注意的是,信使rna剪接的MRTF-B基因被改变心肌缺血性心肌病患者接受心脏移植的样本(93年]。
6。结论和期望
目前,大部分的基因治疗化验使用一位候选人进行基因的方法。有两个主要的策略应用到搜索目标基因治疗心力衰竭。一是识别终端效应基因的先进和终末期心力衰竭患者。高频的另一种方法是建立一个新的目标,寻找基因调控电路的成员,每一个都可以发挥作用的控制网络中终端效应基因的一个分支,在正常和病变的心。给予过多的基因受SRF伙伴关系和MYOCD家族成员在肌肉细胞,这种平衡的监管网络中起着重要的作用在心脏的正常发展和成人心脏功能,而失调SRF / MYOCD / MRTF-dependent基因表达有助于许多心血管系统的疾病模型。
实验操纵MYOCD家族基因的表达允许开发新的动物模型研究扩张型心肌病的机制(MYOCD),心脏肥大,mi纤维化(MRTF-A),先天性心脏病(MRTF-B)。来自这些研究的知识指导的发展新的治疗方法的治疗和预防心衰的发展。老鼠cardiomyocyte-specific缺乏的Myocd可以帮助apoptosis-blocking治疗心衰的发展。Mrtf-A零模型表明,Mrtf-A抑制可能是治疗有利于mi心肌病设置。正常化激活MYOCD信号在心室心肌midstages高频发展可以改善心室功能受损。
几个cardiovascular-enriched小分子核糖核酸(microrna),下游和上游Myocd、被发现参与/ MYOCD监管网络(94年- - - - - -98年]。在这个意义上,我们建议一个有前途的治疗作用microrna的模仿/抑制剂修改夸大MYOCD在高频信号设置。事实上,最近的数据表明miR-9可以抑制Myocd转化活动在体外和管理miR-9模仿可以减弱心脏肥大重构在活的有机体内(97年]。
最后,了解协同或添加剂MYOCD家庭因素之间的相互作用在主细胞类型的心肌细胞和成纤维细胞)是至关重要的任何治疗之前可以娱乐在临床前试验。
承认
资金在作者的实验室是由西班牙提供生物医学研究项目(SAF)。