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2021年3月管敏鑫教授课题组在Nucleic Acids Research发表线粒体RNA转录后成熟缺陷导致心肌病的分子致病机制

编辑:cgsoft 时间:2021-04-12 访问次数:75

     2021323日,浙江大学医学院遗传学研究所管敏鑫教授课题组在国际权威学术期刊《核酸研究》(Nucleic Acids Research)在线发表了线粒体tRNA修饰基因MTO1缺陷导致肥厚型心肌病的最新研究成果(原文链接:https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab228/6219113,该研究利用CRISPR/Cas9技术构建了mto1基因敲除的斑马鱼模型,系统阐述了MTO1缺陷导致线粒体RNA转录后成熟缺陷而引发的线粒体功能障碍,最终导致肥厚型心肌病的分子致病机制。

     肥厚型心肌病(HCM)是一种以心肌不对称性肥厚为特征的心肌疾病,在普通人群中患病率约为0.2%,主要表现为左心室壁增厚,心脏功能收缩障碍。HCM临床表现复杂多样,包括无症状、呼吸困难和危及生命的心力衰竭及猝死等,也是导致年轻人猝死的首要原因。线粒体是细胞核心的代谢性细胞器,具有自主的复制转录翻译体系,其通过电子传递呼吸链为生命过程提供能量。近年来基因筛查研究显示,线粒体tRNA修饰基因MTO1突变与肥厚型心肌病相关,但是具体的致病机理还未明确。MTO1mitochondrial tRNA translation optimization 1)蛋白是一种高度保守的线粒体tRNA转录后修饰酶,最早由管敏鑫团队在2002年发现(J Biol Chem. 2002),该蛋白主要负责对五种mt-tRNA反密码子环34位点尿嘧啶进行牛磺酸5-甲基(τm5U)修饰。随着进一步的研究,我们发现MTO1除具有线粒体tRNA修饰外还通过调控MTPAP的表达影响线粒体mRNApolyA合成,参与线粒体功能的调控。 

 

图1

在本研究中,团队成员首先利用CRISPR/Cas9技术构建了mto1基因稳定敲除的斑马鱼模型,发现该基因敲除的斑马鱼胚胎心脏发育迟缓,成年突变斑马鱼心肌细胞体积变大和心肌纤维紊乱等表型,这与人MTO1基因突变导致的心肌病表型一致。对斑马鱼模型进一步研究发现,Mto1的缺失引起了线粒体tRNA的构象发生变化,tRNA氨酰化水平下降。随后通过RNA转录组学和免疫共沉淀技术,团队成员发现,Mto1与线粒体poly(A)聚合酶MTPAP有相互作用,Mto1缺失会影响MTPAP的表达,并会导致线粒体cox1cox3nd1 mRNA3‘端末尾聚腺苷酸长度的改变。tRNAmRNA成熟的缺陷进一步损伤线粒体翻译和呼吸电子传递链复合物的酶活,进而导致肥厚型心肌病。该发现为临床心肌病的机制研究与精准诊疗提供了新视角和新思路。

 

 

图2

 管敏鑫教授长期从事线粒体相关疾病的基础研究和临床转化,在分子致病机制研究中取得了一系列具有国际领先水平的创新性成果。该成果也是管敏鑫教授全职回国加盟浙江大学后以浙江大学为第一单位发表在顶级生物化学与分子生物学期刊《核酸研究》(NucleicAcids Research)上的第九篇学术论文。

该研究工作获得国家重点基础研究发展计划(973计划)以及国家自然科学基金等的支持。浙江大学医学院博士后张青海和博士生何晓为本文的共同第一作者,浙江大学遗传学研究所管敏鑫教授为本文通讯作者。