Nature子刊:环状RNA circFndc3b通过FUS/VEGF-A轴调控心肌梗塞后的心肌修复

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美国天普大学路易斯-卡茨医学院医学转化中心Raj Kishore教授长期从事非编码RNA与心脏修复的相关研究。该课题组利用Arraystar circRNA芯片发现环状RNA circFnfc3b在心肌梗塞小鼠的心脏组织中明显下调,并且circFndc3b的人源转录本在临床病人中也是显著下调。体内体外功能实验证实过表达circFndc3b可以诱导VEGF-A上调,促进血管生成,降低心肌细胞凋亡。机制研究发现,circFndc3b可以与RNA结合蛋白FUS互作,从而调控VEGF-A的表达,激活VEGF-A信号通路。证实了circFndc3b在心脏修复过程中的重要性,并且可以通过调节circFndc3b的表达促进心肌梗塞后心脏的功能和重塑。该研究成果发表在学术期刊Nature CommunicationsIF:11.878)上。(芯片实验由Arraystar公司提供技术服务)

Nature子刊:环状RNA circFndc3b通过FUS/VEGF-A轴调控心肌梗塞后的心肌修复

研究背景

在美国,心血管疾病是致死率最高的疾病,每七个人中就有一人因心血管疾病死亡。虽然药物疗法有很大的进展,但心肌损伤病人的治愈率、生存期和诊断仍不显著。这就需要对心血管疾病的发病机制和创新型疗法进行深入研究,而心肌梗塞发病与非编码RNA之间的关联尚未有文章进行探讨。

环状RNA (circRNA)是一类将线性RNA分子的3’端和5’端通过共价连接形成的环形RNA分子,可以由外显子、内含子或者同时包含两种序列的片段组成,无明显的转录活性。与线性分子相比,这种环形的结构可促进circRNA的稳定性。一方面,circRNA可以通过吸附miRNA发挥ceRNA机制;另一方面,也可以结合特定的蛋白,调控靶蛋白的功能。

研究思路

该文章着重于研究circRNA在小鼠心肌梗塞后心脏心肌细胞和组织修复过程中的功能与机制。作者应用Arraystar circRNA芯片检测了小鼠假模组与心肌梗塞组心脏组织中差异表达的环状RNA分子,通过p值≤0.05与差异倍数(FC值)≥2进行筛选后,挑选差异最显著的circRNA进行PCR验证和一代测序,最终确定circFndc3b进行后续研究。

为了研究circFndc3b在心肌细胞中的功能,作者在小鼠心脏上皮细胞中过表达了circFndc3b,利用血管生成PCR芯片检测发现,circFndc3b可以显著调控血管生成相关的多个基因的表达,并且降低细胞自噬,促进细胞管腔形成。腺病毒所介导的体内过表达circFndc3b发现,小鼠心脏的射血频率下降和左室短轴缩短率上升,并且心脏的纤维化程度明显降低。

为了研究circFndc3b在心肌细胞中发挥功能的作用机制,作者先通过在线软件circInteractome预测发现circFndc3b可结合AGO2和FUS等RNA结合蛋白,通过AGO2和FUS的RIP实验证实,circFndc3b可以与FUS蛋白结合。过表达circFndc3b可以显著下调FUS的RNA与蛋白表达水平,并且促进VEGF-A的表达。过表达circFndc3b,同时过表达FUS,则VEGF-A的表达量下调,证明VEGF-A是FUS的下游蛋白。因此circFndc3b可以通过circFndc3b/FUS/VEGF-A调控轴,影响心肌细胞的纤维化和损伤修复过程。

技术路线

Nature子刊:环状RNA circFndc3b通过FUS/VEGF-A轴调控心肌梗塞后的心肌修复

结果展示

Nature子刊:环状RNA circFndc3b通过FUS/VEGF-A轴调控心肌梗塞后的心肌修复

图1. Arraystar Mouse circRNA芯片筛选结果及验证。 A:差异circRNA的聚类图;B: qPCR验证circFndc3b差异表达;C: 人源circFNDC3b临床样本PCR验证

Nature子刊:环状RNA circFndc3b通过FUS/VEGF-A轴调控心肌梗塞后的心肌修复

图2. 过表达circFndc3b调控心脏上皮细胞功能。A:circFndc3b抑制细胞自噬;B:circFndc3b促进血管生成

Nature子刊:环状RNA circFndc3b通过FUS/VEGF-A轴调控心肌梗塞后的心肌修复

图3. circFndc3b结合FUS调控VEGF-A的表达。A:RIP-PCR证明FUS可以结合ciecFndc3b;B:同时过表达circFndc3b和FUS,VEGF-A表达量降低。

Nature子刊:环状RNA circFndc3b通过FUS/VEGF-A轴调控心肌梗塞后的心肌修复

图4. circFndc3b调控心肌细胞功能的机制图。在心肌细胞修复过程中,过表达circFndc3b,可抑制FUS的表达,影响VEGF-A信号通路的功能,增强血管生成,降低细胞自噬,提升心脏功能。

研究意义

本课题利用Arraystar circRNA芯片研究circFndc3b在心肌梗塞发生过程中的功能与机制,证实了circFndc3b在维持心脏正常功能中具有重要作用。相比于正常心脏组织,心肌梗塞组织中circFndc3b的表达量明显降低。在过表达circFndc3b的心脏上皮细胞中,细胞的自噬能力减弱,血管生成增强,说明circFndc3b可以显著调节心脏的修复过程。通过生信分析预测与RIP-PCR 实验证实,circFndc3b可以结合FUS蛋白,促进FUS蛋白的降解,从而维持VEGF-A的上调,促进血管生成。

原文出处

Circular RNA CircFndc3b modulates cardiac repair after myocardial infraction via FUS/VEGF–A axis. Nature Communications. 2019

相关服务

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