血管平滑肌细胞PRDM16调节血压的昼夜节律变化

Vascular smooth muscle cell PRDM16 regulates circadian variation in blood pressure

作者信息Zhenguo Wang, Wenjuan Mu, Juan Zhong, Ruiyan Xu, Yaozhong Liu, Guizhen Zhao, Yanhong Guo, Jifeng Zhang, Ida Surakka, Y Eugene Chen, Lin Chang
PMID39625782
发布时间2024-12-03
DOI10.1172/JCI183409

实验完整度

包含基因敲除小鼠模型(两种Cre系)、离体血管环肌动图、细胞功能实验(收缩、转染)、ChIP-Seq/qPCR、启动子荧光素酶报告及基因表达谱分析等多层次验证。

主要模型

VSMC特异性Prdm16敲除小鼠(Prdm16SMKO,Myh11-CreERT2或Itga8-CreERT2) 原代大鼠胸主动脉VSMCs 原代大鼠肠系膜动脉VSMCs NIH/3T3细胞

重点核对

SMMHC-CreERT2或Itga8-CreERT2介导的Prdm16缺失 普萘洛尔处理方式及剂量(75 mg/kg/day,灌胃5天) 血压遥测植入和记录(10-12周龄,至少10天恢复) 去氧肾上腺素(PE)浓度-反应曲线 Adra1d和Npas2表达水平(qPCR及ChIP)

摘要

血压(BP)昼夜节律变化的紊乱与心血管疾病风险增加密切相关。因此,深入了解血压昼夜节律变化的分子机制对于理解血压调节至关重要。人类遗传学分析提示,PR结构域蛋白16(PRDM16),一种在血管平滑肌细胞(VSMCs)中高表达的转录因子,与血压相关性状显著相关。然而,PRDM16在血压调节中的作用在很大程度上尚不清楚。在这里,我们证明,在活动期,VSMC特异性Prdm16敲除(Prdm16SMKO)小鼠的血压显著低于对照小鼠,导致血压昼夜节律异常。来自Prdm16SMKO小鼠的肠系膜动脉环对去氧肾上腺素的反应降低。在机制上,我们确定了肾上腺素能受体α1d(Adra1d)是PRDM16的转录靶点。值得注意的是,PRDM16表现出显著的昼夜节律表达模式,并调节时钟基因的表达,特别是Npas2,这对血压昼夜节律变化至关重要。因此,VSMC中PRDM16的缺乏通过降低对肾上腺素能信号的反应和时钟基因调节,导致血压昼夜节律紊乱。我们的发现为控制血压昼夜波动的复杂分子通路提供了见解。关键词:血管生物学;关键词:心血管疾病,高血压。蛋白质PRDM16,存在于血管肌细胞中,有助于调节血压的每日波动。它的缺失导致非杓型血压模式。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
VSMC中的转录因子PRDM16是否以及如何调节血压的昼夜节律变化?
核心机制
PRDM16在VSMC中通过转录激活Adra1d和时钟基因(特别是Npas2)的表达,增强肾上腺素能信号通路和维持昼夜节律,从而调节血压昼夜变化。PRDM16缺失导致Adra1d表达下降,肾上腺素能反应减弱,同时Npas2表达降低,引起活动期血压降低和非杓型血压模式。
主要证据
Prdm16SMKO小鼠血压遥测显示活动期血压降低及非杓型模式;离体血管环对PE收缩反应减弱;ChIP-Seq和ChIP-qPCR显示PRDM16结合Adra1d和Npas2启动子;荧光素酶报告证实转录激活;qPCR显示Adra1d和Npas2表达降低。
研究意义
揭示PRDM16在血压昼夜节律调节中的新机制,为高血压及相关心血管疾病的治疗提供潜在靶点,可能有利于恢复正常血压昼夜节律,对高血压、睡眠呼吸暂停和夜班工作者等具有临床意义。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

验证PRDM16在血管细胞中的表达及其与血压性状的关联

确认PRDM16在VSMC中的高表达,并评估其基因变异与血压性状的关联。

利用GTEx和scRNA-Seq数据分析PRDM16表达,结合GWAS/PheWAS进行基因-表型关联分析。

2

评估VSMC特异性Prdm16敲除对血压昼夜节律的影响

确定VSMC中PRDM16缺失是否导致血压昼夜节律异常。

对Prdm16SMKO小鼠(雄性SMMHC-CreERT2;雌性Itga8-CreERT2)进行无线电遥测,记录血压、心率、活动。

3

评估肠系膜动脉对血管活性物质的反应

探究PRDM16缺失是否影响阻力血管的收缩和舒张功能。

分离肠系膜动脉一级分支,进行肌动图检测,评估对KCl、PE、5-HT、PGF2α、U46619的收缩反应和对Ach、SNP的舒张反应。

4

验证PRDM16转录调控Adra1d

检测PRDM16是否直接结合并激活Adra1d启动子。

利用qPCR检测受体表达,Western blot检测MLC磷酸化,ChIP-Seq/qPCR分析PRDM16结合,荧光素酶报告验证转录激活。

5

验证PRDM16对VSMC收缩表型的影响

探究PRDM16缺失是否损害VSMC收缩表型。

应用胶原收缩实验、Western blot和qPCR检测收缩标志物表达。

6

探讨PRDM16对时钟基因的调节及其与Adra1d的相互作用

明确PRDM16是否调节时钟基因表达,以及PRDM16、时钟基因和Adra1d之间的调节关系。

通过qPCR分析24小时时钟基因表达,ChIP-Seq/qPCR分析PRDM16结合,siRNA敲低研究基因间调控。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Prdm16条件性敲除小鼠The Jackson Laboratory024992
Myh11-CreERT2小鼠The Jackson Laboratory019079
他莫昔芬MilliporeSigmaT5648
玉米油MilliporeSigmaC8267
遥测发射器Data Sciences InternationalHD-X11 or PA-C10
线肌动图仪Danish Myo Technology A/S610M
5-羟色胺MilliporeSigmaH9523
前列腺素F2αMilliporeSigmaP5069
U46619Cayman Chemical16450
乙酰胆碱MilliporeSigmaA2661
硝普钠MilliporeSigma71778
DMEM/F12培养基Gibco, Thermo Fisher Scientific11330032
胎牛血清Gibco, Thermo Fisher Scientific10438026
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂Invitrogen, Thermo Fisher Scientific13778150
RNeasy Mini试剂盒QIAGEN74106
RNeasy Micro试剂盒QIAGEN74004
SuperScript III第一链合成系统Life Technologies, Thermo Fisher Scientific18080
RIPA裂解液Thermo Fisher Scientific89901
蛋白酶抑制剂混合物Roche11873580001
硝酸纤维素膜Bio-Rad1620115
抗αSMA抗体Invitrogen, Thermo Fisher ScientificMA5-11547
抗calponin 1抗体Abcamab46794
抗transgelin抗体Abcamab46794
抗tubulin抗体Cell Signaling Technology2148
抗β-actin抗体Cell Signaling Technology3700
磷酸酶抑制剂混合物3MilliporeSigmaP0044
Pierce BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific23227
抗磷酸化MLC2 (Ser19)抗体Cell Signaling Technology3671
抗MLC2抗体Cell Signaling Technology3672
pGL4.11[luc2P]载体PromegaE6661
In-Fusion HD克隆试剂盒TaKara Bio638910
NIH/3T3细胞American Type Culture Collection (ATCC)CRL-1658
Lipofectamine 2000转染试剂Thermo Fisher Scientific11668019
双荧光素酶报告实验PromegaE1910
胶原蛋白Gibco, Thermo Fisher ScientificA1048301
SimpleChIP酶法染色质免疫沉淀试剂盒Cell Signaling Technology9003
抗Flag抗体Cell Signaling Technology14793
抗PRDM16抗体Abcamab106410
正常IgGCell Signaling Technology2729
NEB Next Ultra II DNA文库制备试剂盒New England Biolabs (NEB)--
NovaSeq 6000测序平台Illumina--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
血压遥测
小鼠品系、性别、年龄(10-12周龄)、Cre重组酶类型(SMMHC-CreERT2或Itga8-CreERT2)、遥测植入后的恢复时间(至少10天)、环境条件(12小时光照/12小时黑暗,20-23°C)
阅读提示:见Methods中的“Radiotelemetric measurement of BP”和Figure 2 legend
肌动图实验
肠系膜动脉一级分支、环长度(约3mm)、pH值、温度(37°C)、KCl浓度(60 mM)、PE浓度范围、溶剂(PSS)、预张力(约1.5 mN)
阅读提示:见Methods中的“Wire myography”和Figure 3 legend
细胞培养和转染
细胞来源(大鼠胸主动脉原代VSMCs)、代数(3-10)、siRNA浓度(10 nM)、转染试剂(Lipofectamine RNAiMAX)、转染时间(48-72小时)
阅读提示:见Methods中的“Cell culturing”和“qPCR analysis”
Western blot
抗体信息(anti-αSMA、anti-calponin 1、anti-transgelin等)、稀释比例(1:1,000或1:2,000)、封闭条件(5%脱脂牛奶,1小时)
阅读提示:见Methods中的“Western blot analysis”
ChIP实验
抗体(anti-Flag、anti-PRDM16、normal IgG)、交联时间(10分钟)、染色质消化时间(20分钟)、抗体孵育时间(过夜)
阅读提示:见Methods中的“ChIP assay”