靶向心肌细胞PCNA和POLD1预防病理性心肌肥厚

背景：在病理性心肌细胞生长过程中已检测到细胞周期调节通路的激活。然而，DNA合成通路是否在心肌细胞肥大中发挥直接作用仍不清楚。我们先前在肥厚型心肌病小鼠模型中发现DNA合成增加，导致心肌细胞核内复制和复制应激诱导的DNA损伤。我们假设靶向心肌细胞核内复制通路可以减轻病理性心肌肥厚。方法：我们利用心肌Mybpc3（肌球蛋白结合蛋白C3）−/−或Myh6（肌球蛋白重链6）R404Q突变所致的肥厚型心肌病小鼠模型以及主动脉缩窄作为压力超负荷心肌细胞肥大的模型。我们通过转基因小鼠模型或病毒转导在体内操作p21（细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂1）蛋白水平。使用流式细胞术和免疫组织化学评估心肌细胞核内复制。我们还利用了蛋白质组学、邻位连接试验和人诱导多能干细胞来源的心肌细胞。结果：我们发现，在两种小鼠肥厚型心肌病模型和压力超负荷肥大模型中，p21蛋白在肥厚生长的早期阶段达到峰值。通过遗传操作p21表达，我们发现心肌细胞核内复制和肥厚生长与p21表达呈负相关。机制上，我们发现p21与PCNA（增殖细胞核抗原）结合，导致PCNA与POLD1（DNA聚合酶δ1）的结合减少。直接靶向PCNA或POLD1可阻止心肌细胞DNA合成和心肌细胞肥厚生长。在肥厚型心肌病（Myh6R404Q）临床前小鼠模型中，使用腺相关病毒载体选择性过表达心肌细胞p21可减少长期病理性左心室肥厚并改善舒张功能。结论：我们的结果表明，PCNA-POLD1介导的心肌细胞核内复制驱动心肌细胞肥厚生长，而p21作为该过程的负调节因子。靶向这些通路在预防病理性心肌肥厚方面显示出治疗潜力。