PHB2通過對(duì)抗PKM2剪接維持VSMCs的收縮表型

欄目:最新研究動(dòng)態(tài) 發(fā)布時(shí)間:2023-04-27
Prohibitin 2通過與hnRNPA1相互作用來抵消hnRNPA1介導(dǎo)的PKM選擇性剪接和葡萄糖代謝重編程來維持VSMC的收縮表型......


 

血管平滑肌細(xì)胞(VSMCs)的表型轉(zhuǎn)變是多種血管疾病早期的發(fā)病機(jī)制。代謝重編程可能參與VSMC表型轉(zhuǎn)變。然而,將能量代謝與不同VSMC表型聯(lián)系起來的確切分子仍然難以捉摸。我們利用基因本體注釋收集細(xì)胞能量調(diào)節(jié)基因,并對(duì)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子或血小板衍生生長(zhǎng)因子BB刺激的VSMCs進(jìn)行RNA-Seq分析。prohibitin2缺乏的VSMCs失去了可收縮的表型,這可以通過減少可收縮蛋白來證明。與Phb2flox/flox小鼠相比,Phb2SMCKO小鼠更容易損傷后VSMC增殖和新內(nèi)膜形成。進(jìn)一步的蛋白質(zhì)相互作用組分析、免疫共沉淀和哺乳動(dòng)物2-雜交實(shí)驗(yàn)顯示,prohibitin 2通過其C端直接與丙酮酸激酶M1/2 (PKM) mRNA拼接的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子hnRNPA1相互作用,促進(jìn)PKM2表達(dá)和糖酵解。Prohibitin2缺失促進(jìn)PKM1/2 mRNA剪接和PKM1PKM2的逆轉(zhuǎn),并增強(qiáng)VSMCs的糖酵解。阻斷2-hnRNPA1相互作用導(dǎo)致PKM2表達(dá)增加,糖酵解增強(qiáng),VSMCs中收縮標(biāo)記基因表達(dá)抑制,以及體內(nèi)損傷后新內(nèi)膜形成加劇??傊?,Prohibitin 2通過與hnRNPA1相互作用來抵消hnRNPA1介導(dǎo)的PKM選擇性剪接和葡萄糖代謝重編程來維持VSMC的收縮表型。本文于202210月發(fā)表于Circulation Research (IF=23.213)。

 

技術(shù)路線:


 

結(jié)果:

(1) RNA序列分析預(yù)測(cè)新的將能量穩(wěn)態(tài)與VSMCs收縮表型聯(lián)系起來的候選基因

為了識(shí)別連接細(xì)胞能量代謝和VSMC表型的新候選基因,我們首先進(jìn)行了RNA-seq分析,以揭示轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β (TGF-β)處理增強(qiáng)收縮表型相關(guān)基因表達(dá)或血小板衍生生長(zhǎng)因子BB (PDGF-BB)處理降低收縮表型相關(guān)基因表達(dá)的原發(fā)性大鼠VSMC的轉(zhuǎn)錄組變化。在這1893個(gè)基因中,有6個(gè)基因與細(xì)胞能量調(diào)節(jié)基因數(shù)據(jù)庫(kù)重疊,包括prohibitin 2 (PHB2)、瞬時(shí)受體電位陽離子通道亞家族V成員4 (TRPV4)、ALK酪氨酸激酶受體(ALK)、組蛋白賴氨酸n-甲基轉(zhuǎn)移酶PRDM16(PRDM16)、乙酰輔酶a羧化酶2 (ACACB)和載脂蛋白C-III (APOC3)(1A)。接下來,我們驗(yàn)證了mRNA水平,發(fā)現(xiàn)原發(fā)性大鼠VSMCsPHB2、TRPV4ALK的表達(dá)確實(shí)受到TGF-βPDGF-BB的相互調(diào)節(jié)(1B)。接下來,我們使用靶向Phb2、Trpv4Alk的特異性小干擾RNA (siRNAs)檢測(cè)VSMC收縮標(biāo)志物(ACT A2CNN1SM22α)mRNA水平。如圖1C所示,沉默Phb2、Trpv4Alk可導(dǎo)致VSMC收縮標(biāo)志物的表達(dá)顯著降低,提示這3個(gè)基因可能是連接VSMC能量代謝與收縮表型的候選基因。在這3個(gè)基因中,有報(bào)道稱prohibitin 2prohibitin 1共同調(diào)控線粒體中的細(xì)胞色素-c氧化酶組裝和線粒體呼吸。然而,prohibitin 2VSMC身份和血管穩(wěn)態(tài)中的確切作用仍然未知。另外的免疫熒光分析顯示,prohibitin2主要定位于人動(dòng)脈介質(zhì)層(1D)。因此,我們探討了prohibitin 2是否調(diào)控VSMC表型。

 

1RNA序列分析預(yù)測(cè)了連接血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)能量穩(wěn)態(tài)和收縮表型的新候選基因

 

(2) Prohibitin2減少與VSMCs轉(zhuǎn)分化相關(guān)

進(jìn)一步的Western blotting分析顯示,在原發(fā)大鼠VSMCs中,PDGF-BB刺激后,prohibitin 2蛋白水平與VSMCs收縮標(biāo)記物同時(shí)降低(2A)。相反,TGF-β刺激的VSMCs表現(xiàn)出更高水平的prohibitin 2和收縮標(biāo)志物(2B)。血清饑餓是觸發(fā)VSMC表型從去分化狀態(tài)向分化狀態(tài)轉(zhuǎn)變的典型刺激。血清饑餓VSMCsprohibitin 2水平升高(2C)。RT-qPCR分析證實(shí),在人類VSMCs中也觀察到類似的改變(補(bǔ)充圖未展示)。值得注意的是,在VSMCs表型轉(zhuǎn)化過程中,prohibitin-1蛋白水平無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(2A-2C)。同樣,與假手術(shù)動(dòng)脈相比,球囊損傷后3、714天,大鼠頸動(dòng)脈中prohibitin 2的表達(dá)顯著降低,同時(shí)VSMCs收縮標(biāo)記物減少,內(nèi)膜面積增加(2D)。因此,western blotting分析、RT-qPCR和免疫熒光分析表明,與對(duì)照組乳腺內(nèi)動(dòng)脈相比,頸動(dòng)脈內(nèi)膜切除術(shù)患者動(dòng)脈中prohibitin2的表達(dá)明顯降低(2E-2G)

 

2Prohibitin 2減少與血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)去分化相關(guān)

 

(3) Prohibitin 2在體外維持VSMCs的收縮表型

我們探討了prohibitin2表達(dá)的干擾是否會(huì)影響VSMC表型切換。siRNA介導(dǎo)的人VSMCsprohibitin 2沉默可導(dǎo)致收縮標(biāo)記物水平降低(補(bǔ)充圖未展示)。因此,TGF-β促進(jìn)VSMCs收縮蛋白表達(dá)的上調(diào)通過prohibitin 2沉默被取消(3A)。為了進(jìn)一步確定prohibitin 2在體內(nèi)VSMC表型中的確切作用,將Phb2flox/flox小鼠與Tagln-Cre小鼠雜交,構(gòu)建VSMC特異性Phb2缺失小鼠(Phb2SMCKO小鼠)(補(bǔ)充圖未展示)。與Phb2flox/flox小鼠(WTVSMCs)相比,Phb2SMCKO小鼠的原發(fā)性VSMCs (Phb2 KO VSMCs)中的VSMCs收縮標(biāo)記物的mRNA和蛋白質(zhì)水平明顯降低(3B)F-actin染色顯示,prohibitin 2沉默導(dǎo)致原發(fā)大鼠VSMCs從細(xì)長(zhǎng)收縮形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槎噙呅魏铣尚螒B(tài)(3C)。此外,經(jīng)Phb2siRNA轉(zhuǎn)染的VSMCs與經(jīng)siRNA打亂轉(zhuǎn)染的VSMCs相比,收縮能力降低,膠原凝膠收縮試驗(yàn)證明了這一點(diǎn)(siRNA打亂與siRNAPhb2: 46.3±3.86% vs 71.2±4.35%,P<0.05)(3D)。從Phb2SMCKO小鼠中分離出的主動(dòng)脈環(huán)對(duì)苯腎上腺素的反應(yīng)表現(xiàn)出收縮力減弱(3E)。在siRNAPhb2轉(zhuǎn)染的VSMCs中,細(xì)胞遷移活性也增加了,劃傷實(shí)驗(yàn)和Boyden室實(shí)驗(yàn)證明了這一點(diǎn)(3F3G)。相反,prohibitin 2過表達(dá)2可挽救PDGF-BB誘導(dǎo)的VSMC收縮標(biāo)記物減少和VSMC遷移(補(bǔ)充圖未展示)。綜上所述,這些數(shù)據(jù)表明禁用2是維持VSMCs收縮表型的關(guān)鍵。

 

3Prohibitin 2在體外維持血管平滑肌細(xì)胞(VSMCs)的收縮表型

 

(4) VSMCsProhibitin 2的缺乏加劇體內(nèi)損傷后新生內(nèi)膜形成

對(duì)12周大的雄性Phb2SMCKO小鼠和Phb2flox/flox小鼠進(jìn)行頸動(dòng)脈鋼絲損傷。頸動(dòng)脈MYH11 (VSMC標(biāo)記物)CD31 (EC標(biāo)記物)免疫染色顯示,術(shù)后第0天,Phb2SMCKO小鼠和Phb2flox/flox小鼠的鋼絲損傷程度相同(補(bǔ)充圖未展示)。與Phb2flox/flox動(dòng)脈相比,鋼絲損傷后第3、57天,Phb2SMCKO動(dòng)脈中VSMC收縮標(biāo)記物的表達(dá)減少,盡管新內(nèi)膜形成沒有那么明顯的誘導(dǎo)(4A)。相反,損傷后14天,通過BrdU染色觀察到Phb2SMCKO動(dòng)脈細(xì)胞增殖活性增強(qiáng)(4B)。結(jié)果,Phb2SMCKO小鼠的新內(nèi)膜明顯大于Phb2SMCKO小鼠(4C)。此外,Phb2SMCKO動(dòng)脈新內(nèi)膜與中膜的比例遠(yuǎn)高于Phb2flox/flox動(dòng)脈,而中膜面積和外彈性層周長(zhǎng)在兩組間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。此外,為了排除taglncre介導(dǎo)的Phb2敲除可能引起的胚胎發(fā)育影響,我們將Phb2floxflox小鼠與Myh11-CreERT2小鼠雜交(補(bǔ)充圖未展示)。然后,8周齡雄性Phb2flox/flox小鼠和Phb2flox/floxMyh11-CreERT2小鼠用他莫西芬誘導(dǎo)出生后VSMCs的抑制性2耗盡。兩組小鼠(Phb2flox/flox+他莫西芬和Phb2flox/floxMyh11-CreERT+他莫西芬)頸動(dòng)脈鋼絲損傷。與他莫昔芬處理的Phb2flox/floxMyh11-CreERT2小鼠相比,他莫昔芬處理的Phb2flox/flox/flox小鼠線損傷誘導(dǎo)的新內(nèi)膜形成顯著增加(4D)。因此,prohibitin 2在體內(nèi)維持VSMCs的收縮表型。

 

4體內(nèi)血管平滑肌細(xì)胞(VSMCs)Prohibitin 2缺乏加劇損傷后新內(nèi)膜的形成

 

(5) HnRNPA1是一種新的Prohibitin2結(jié)合蛋白

我們使用原發(fā)大鼠VSMCs來探索連接prohibitin 2VSMCs表型調(diào)制的潛在結(jié)合伙伴。3個(gè)蛋白條帶被抗prohibitin 2抗體特異性免疫沉淀,而不是對(duì)照IgG。14個(gè)被抗prohibitin 2抗體免疫沉淀而非對(duì)照IgG免疫沉淀的蛋白被鑒定為潛在的prohibitin 2結(jié)合伙伴,包括prohibitin1 (PHB1)、異質(zhì)核核糖核蛋白A1 (hnRNPA1)、顆粒蛋白(GRN)、PRMT1蛋白染色質(zhì)靶蛋白(CHTOP)、14-3-3蛋白zeta (YWHAZ)、srsf1、膜聯(lián)蛋白A2 (ANXA2)(5A)。我們首先分析了prohibitin2缺乏是否會(huì)導(dǎo)致hnRNPA1表達(dá)的改變。在鋼絲損傷小鼠頸動(dòng)脈中,hnRNPA1的表達(dá)減少。因此prohibitin 2對(duì)hnRNPA1的表達(dá)沒有調(diào)控作用。接下來我們?cè)u(píng)估了prohibitin 2hnRNPA1的潛在相互作用。在原代大鼠VSMCs的細(xì)胞裂解液中,內(nèi)源性prohibitin 2與抗hnRNPA1抗體共免疫沉淀,但不與對(duì)照IgG共免疫沉淀,反之亦然(5B)。進(jìn)一步的共免疫沉淀分析顯示,prohibitin 2與抗hnRNPA1抗體共免疫沉淀,但與對(duì)照IgG未在原代大鼠VSMCs的核部分共免疫沉淀,但在細(xì)胞質(zhì)部分不共免疫沉淀,這表明prohibitin 2-hnRNPA1相互作用發(fā)生在細(xì)胞核(5C)。hnRNPA1prohibitin2一致地共定位于原發(fā)性大鼠VSMCs的細(xì)胞核(5D)HEK293A細(xì)胞分別轉(zhuǎn)染hnRNPA1 FL/ΔM9/ΔRGGbox-M9質(zhì)粒旁的pcDNA3.1-6×his-prohibitin 2質(zhì)粒和flag-CMV質(zhì)粒(5E),然后使用抗flag抗體進(jìn)行共免疫沉淀分析。hnRNPA1 FLhnRNPA1ΔM9突變體均通過標(biāo)志抗體特異性免疫沉淀出prohibitin 2,而不是對(duì)照IgG(5F)hnRNPA1RGG-box結(jié)構(gòu)域與prohibitin 2結(jié)合(5G)。接下來,我們亞克隆了prohibitin 2的不同結(jié)構(gòu)域(5H)。Flag-hnRNPA1通過抗flag抗體特異性免疫沉淀prohibitin 2C端,但不通過對(duì)照IgG,反之亦然(5I)。通過哺乳動(dòng)物2-雜交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了prohibitin 2hnRNPA1C端相互作用(5J)??傊ㄟ^其C端,prohibitin 2直接與hnRNPA1RGG-box結(jié)構(gòu)域相互作用。

 

5異質(zhì)核核糖核蛋白A1 (HnRNPA1)是一種新型的prohibitin 2結(jié)合蛋白

 

(6) HnRNPA1-Prohibitin 2相互作用對(duì)維持VSMC體內(nèi)外收縮表型至關(guān)重要

我們研究核內(nèi)prohibitin 2hnRNPA1的相互作用是否對(duì)VSMC的收縮表型至關(guān)重要。將帶有CM9結(jié)構(gòu)域的hnRNPA1RGG-box結(jié)構(gòu)域亞克隆到腺病毒pAdT機(jī)架-CMV載體中,重組腺病毒(Ad-Flag-RGG-M9)用于阻斷hnRNPA1prohibitin2的核相互作用。免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)顯示,Ad-Flag-RGG-M9感染顯著阻斷了原發(fā)大鼠VSMCsprohibitin 2-hnRNPA1相互作用(6A)。Ad-FlagRGG-M9感染抑制了α-actinSM22α的轉(zhuǎn)錄活性,從而導(dǎo)致VSMCs去分化和細(xì)胞遷移增加(6B-6E)。Ad-Flag-RGG-M9感染加劇了球囊損傷后第7VSMC收縮標(biāo)記物的減少和新內(nèi)膜形成的誘導(dǎo)(6F)。Ad-Flag-RGG-M9感染加重了大鼠球囊損傷模型28天新生內(nèi)膜的形成(6G),而不會(huì)導(dǎo)致體重或血壓等顯著變化。免疫染色實(shí)驗(yàn)證明,與假手術(shù)Ad-GFP感染大鼠頸動(dòng)脈相比,球囊損傷Ad-GFP感染大鼠頸動(dòng)脈VSMCsprohibitin 2水平顯著降低(補(bǔ)充圖未展示)。在Ad-Flag-RGG-M9感染的大鼠頸動(dòng)脈中,與Ad-GFP感染的大鼠頸動(dòng)脈相比,prohibitin 2的水平?jīng)]有改變,這表明prohibitin 2-hnRNPA1相互作用不可能調(diào)控prohibitin 2的表達(dá)(補(bǔ)充圖未展示)。綜上所述,這些數(shù)據(jù)揭示了prohibitin 2-hnRNPA1相互作用對(duì)VSMC收縮表型維持的重要作用。

 

6HnRNPA1-prohibitin 2相互作用對(duì)于維持血管平滑肌細(xì)胞(VSMCs)在體內(nèi)外的收縮表型至關(guān)重要

 

(7) Prohibitin 2抑制hnRNPA1介導(dǎo)的pre-PKM mRNA剪接、PKM2表達(dá)和有氧糖酵解

hnRNPA1pre-PKM mRNA剪接的主調(diào)控因子。PKM2PKM的首選剪接異構(gòu)體,調(diào)節(jié)糖酵解的最終限速步驟,而PKM1促進(jìn)OXPHOS。這兩種異構(gòu)體來自于PKMmRNA的互排性選擇性剪接,反映了外顯子9 (PKM1)或外顯子10 (PKM2)的包含。hnRNPA1抑制外顯子9的序列側(cè)翼,導(dǎo)致外顯子10的包含和PKM2的表達(dá)。我們研究prohibitin 2是否影響hnRNPA1介導(dǎo)的pre-PKM mRNA剪接、PKM2的產(chǎn)生和有氧糖酵解。與Phb2flox/flox小鼠(WTVSMCs)相比,從Phb2SMCKO小鼠分離的原發(fā)性小鼠VSMCs (Phb2 KO VSMCs)PKM2mRNA水平升高,而PKM1mRNA水平下降(補(bǔ)充圖未展示)。相比之下,pre-PKM mRNA水平?jīng)]有顯著改變,表明存在另一種剪接。PstINcoI酶切擴(kuò)增子后進(jìn)一步RTPCR顯示Phb2缺失促進(jìn)PKM1PKM2的反式表達(dá)(7A)。在Phb2 KO原發(fā)小鼠VSMCs(7B)、Ad-Flag-RGG-M9感染的大鼠VSMCs(7C)以及感染Ad-Flag-RGG-M9的球囊損傷大鼠頸動(dòng)脈中使用western blotting也觀察到了類似的結(jié)果。Phb2 KO VSMCs糖酵解活性增強(qiáng),OXPHOS活性降低,細(xì)胞糖酵解和有絲分裂應(yīng)激試驗(yàn)證明(7D)。PDGF-BB刺激的原發(fā)大鼠VSMCsprohibitin 2被抑制的轉(zhuǎn)分化通過PKM2過表達(dá)被取消(7E)。為了進(jìn)一步闡明prohibitin2是否在體內(nèi)通過抑制PKM2的表達(dá)來維持VSMC的收縮表型和對(duì)抗新生內(nèi)膜的形成,我們使用帶有SM22α啟動(dòng)子的AAV9載體選擇性下調(diào)VSMC中的PKM2。在Phb2SMCKO小鼠頸動(dòng)脈鋼絲損傷后第7天,VSMC特異性PKM2耗損挽救了VSMC收縮標(biāo)記物的減少(補(bǔ)充圖未展示)。Phb2SMCKO小鼠鋼絲損傷后血管收縮力下降和新生內(nèi)膜形成增強(qiáng)均因VSMC特異性PKM2耗損而得到挽救(7F-7G)。綜上所述,prohibitin2與核hnRNPA1直接相互作用,抑制hnRNPA1介導(dǎo)的pre-PKM mRNA剪接和PKM2的產(chǎn)生,從而調(diào)節(jié)葡萄糖代謝重編程,在體外和體內(nèi)維持VSMCs的收縮表型。

 

7Prohibitin2抑制hnRNPA1介導(dǎo)的pre-PKM mRNA剪接、丙酮酸激酶異構(gòu)體M2 (PKM2)表達(dá)和葡萄糖代謝重編程

 

結(jié)論:

Prohibitin2通過直接與核hnRNPA1相互作用,抑制hnRNPA1介導(dǎo)的pre-PKM mRNA剪接、PKM2的產(chǎn)生,從而調(diào)節(jié)葡萄糖代謝重編程(8),維持VSMCs的收縮表型,抑制損傷后新內(nèi)膜的形成。Prohibitin2是維持VSMCs穩(wěn)態(tài)的內(nèi)源性糖酵解調(diào)節(jié)劑。以prohibitin2-hnRNPA1-PKM2軸為靶點(diǎn)調(diào)節(jié)VSMC能量代謝可能有助于心血管疾病的治療。

 

8Prohibitin2在血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)表型測(cè)定的示意圖

 

參考文獻(xiàn):

Jia, Y., Mao, C., Ma, Z., Huang, J., Li, W., Ma, X., Zhang, S., Li, M., Yu, F., Sun, Y., Chen, J., Feng, J., Zhou, Y., Xu, Q., Zhao, L., Fu, Y., & Kong, W. (2022). PHB2 Maintains the Contractile Phenotype of VSMCs by Counteracting PKM2 Splicing. Circulation research, 131(10), 807–824. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.122.321005.