CTRP3通过SIRT1/ATF5轴激活UPRmt,减轻病理性心脏肥大中的线粒体功能障碍和氧化应激损伤

CTRP3 alleviates mitochondrial dysfunction and oxidative stress injury in pathological cardiac hypertrophy by activating UPRmt via the SIRT1/ATF5 axis.

作者信息Lei Shi, Yanzhen Tan, Wenying Zheng, Guojie Cao, Haitao Zhou, Panpan Li, Jun Cui, Yujie Song, Lele Feng, Hong Li, Wenju Shan, Bing Zhang, Wei Yi
PMID38278820
发布时间2024-01-26
DOI10.1038/s41420-024-01813-x

实验完整度

包含体内动物模型(TAC手术、CTRP3过表达/敲除、ATF5敲除、SIRT1敲除)和体外细胞实验(NRCMs、siRNA/过表达质粒),并进行功能验证(超声、线粒体形态、ATP)和机制验证(Western blot、UPRmt蛋白检测)。

主要模型

小鼠TAC压力超负荷心脏肥大模型 新生大鼠心肌细胞(NRCMs) CTRP3基因敲除小鼠 ATF5基因敲除小鼠 SIRT1基因敲除小鼠

重点核对

CTRP3过表达慢病毒(LV-CTRP3)心肌内注射剂量及时间:8-9 μL/点,1.2×10^12 vg/mL,注射后2周行TAC手术 TAC手术方式:27G针头结扎主动脉弓 Ang II诱导NRCMs肥大浓度和时间:1 μM,24 h CTRP3处理NRCMs浓度:10 μg/mL 基因敲除小鼠品系背景:CTRP3-KO和ATF5-KO为C57BL/6J背景,SIRT1-KO为129/sv-CD1混合背景

摘要

病理性心脏肥大是心力衰竭的独立危险因素。线粒体蛋白质稳态的破坏在病理性心脏肥大中起关键作用;然而,维持病理性心脏肥大中线粒体稳态的机制仍不清楚。在本研究中,我们探讨了病理性心脏肥大中线粒体蛋白质稳态的调控机制。野生型(WT)小鼠、基因敲除小鼠以及过表达小鼠C1q-肿瘤坏死因子相关蛋白-3(CTRP3)的慢病毒转染小鼠接受了主动脉缩窄或假手术。4周后,检测了心脏功能、线粒体功能和氧化应激损伤。在机制研究中,新生大鼠心肌细胞用相关基因的小干扰RNA或过表达质粒处理。与WT小鼠相比,CTRP3过表达减弱了主动脉缩窄(TAC)诱导的病理性心脏肥大、线粒体功能障碍和氧化应激损伤。TAC或Ang II导致UPRmt的代偿性激活,但这不足以对抗病理性心脏肥大。CTRP3过表达在病理性心脏肥大期间进一步诱导UPRmt激活,从而减轻病理性心脏肥大,而CTRP3敲除或敲低抑制了UPRmt。ATF5是UPRmt的关键调控分子,因为ATF5敲除阻止了CTRP3在TAC小鼠中的心脏保护作用。在体外,SIRT1被确定为CTRP3可能的效应分子,SIRT1敲除阻断了CTRP3的心脏保护作用。我们的结果还表明ATF5可能受SIRT1调控。我们的研究表明,在病理性心肌肥大下,CTRP3通过SIRT1/ATF5轴激活UPRmt,从而减轻线粒体功能障碍和氧化应激损伤。

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
CTRP3在病理性心脏肥大中是否通过调节线粒体蛋白稳态(UPRmt)来减轻线粒体功能障碍和氧化应激损伤?其机制如何?
核心机制
CTRP3通过SIRT1/ATF5轴激活UPRmt,上调ClpP、Lonp1、HSP10、HSP60等UPRmt相关蛋白,从而减轻线粒体功能障碍和氧化应激损伤,改善病理性心脏肥大。
主要证据
在TAC小鼠模型中,CTRP3过表达激活UPRmt并减轻肥大、改善线粒体功能(ATP、线粒体形态)和氧化应激(ROS、MDA、SOD);ATF5或SIRT1敲除阻断这些保护作用。在NRCMs中,SIRT1敲低抑制ATF5水平,ATF5过表达可挽救SIRT1敲低对UPRmt的抑制。
研究意义
揭示CTRP3通过SIRT1/ATF5轴激活UPRmt的新机制,为靶向CTRP3和UPRmt预防和治疗病理性心脏肥大提供新策略。

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

建立动物模型和干预

验证CTRP3在病理性心脏肥大中的作用。

对WT、CTRP3-KO、ATF5-KO、SIRT1-KO小鼠进行TAC或假手术,并通过心肌内注射慢病毒过表达CTRP3。术后4周进行心脏功能、形态学、线粒体功能和氧化应激检测。

2

检测心脏功能和形态

评估CTRP3对TAC诱导的心脏肥大和纤维化的影响。

术后4周行超声心动图检测LVEF、LVFS;心脏切片HE和Masson染色评估心肌细胞面积和胶原容积。

3

评估线粒体功能

检测CTRP3对TAC诱导的线粒体损伤的影响。

透射电镜观察线粒体密度和嵴面积;Western blot检测OPA1、Cyt-b、MTCO1、TOMM20;ATP含量检测。

4

评估氧化应激损伤

检测CTRP3对TAC诱导的氧化应激的影响。

DHE染色检测ROS;MDA含量和SOD活性检测。

5

验证UPRmt激活

探讨CTRP3是否调节UPRmt。

Western blot检测ATF5、ClpP、Lonp1、HSP10、HSP60蛋白水平;在CTRP3-KO小鼠和siRNA敲低NRCMs中检测。

6

ATF5功能验证

验证ATF5在CTRP3介导的UPRmt激活和心脏保护中的作用。

使用ATF5-KO小鼠进行TAC手术和CTRP3过表达,评估心脏功能、肥大、线粒体功能和氧化应激。

7

SIRT1功能验证

验证SIRT1在CTRP3介导的UPRmt激活和心脏保护中的作用。

在NRCMs中敲低SIRT1,观察CTRP3对Ang II诱导损伤的影响;在SIRT1-KO小鼠中验证。

8

验证SIRT1-ATF5轴

确定CTRP3调节UPRmt是否通过SIRT1/ATF5轴。

在NRCMs中敲低SIRT1或ATF5,过表达SIRT1或ATF5,检测UPRmt相关蛋白水平。

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
异氟烷----
呼吸机(Minivent 845)Harvard ApparatusMinivent
Vevo 2100Visual SonicVevo
Pannoramic MIDI扫描仪3DHISTECH--
JEM-1400JEOLJEM-1400
RIPA裂解液BeyotimeP0013C
增强型BCA蛋白检测试剂盒BeyotimeP0009
PVDF膜MilliporeISEQ00010
SIRT1抗体Proteintech21535-1-AP
β-MHC抗体Proteintech22280-1-AP
ANP抗体Proteintech27426-1-AP
胶原蛋白3抗体Proteintech22734-1-AP
细胞色素b抗体Proteintech55090-1-AP
TOMM20抗体Proteintech11802-1-AP
ClpP抗体Proteintech15698-1-AP
Lonp1抗体Proteintech15440-1-AP
α-SMA抗体Abcamab7817
MTCO1抗体Abcamab14705
ATF5抗体Abcamab184923
GAPDH抗体EngibodyAT0002
HSP10抗体ABclonalA5580
HSP60抗体CST4870s
OPA1抗体BD Biosciences612606
HRP标记的山羊抗兔IgGZsbioZB-2301
HRP标记的山羊抗小鼠IgGZsbioZB-2305
ECL化学发光试剂MilliporeWBULS0500
ChemiDoc XRS+系统Bio-Rad--
DHE探针BeyotimeS0063
ROS检测试剂盒BeyotimeS0033S
MitoSOX RedInvitrogenM36008
增强型ATP检测试剂盒BeyotimeS0027
脂质过氧化MDA检测试剂盒BeyotimeS0131
总超氧化物歧化酶检测试剂盒BeyotimeS0101
胰蛋白酶BioFroxx1004
胶原酶IIBioFroxx2275
DMEM/F12培养基PricellaPM150312
胎牛血清BioInd04-001-1ACS
溴脱氧尿苷SolarbioB8010
青霉素/链霉素SolarbioP1400
Lipofectamine 3000InvitrogenL3000008
血管紧张素II----
CTRP3----
ACTN2抗体Sigma-AldrichA7732
8-氧代鸟嘌呤抗体Santa Cruzsc-130914
Alexa Fluor 568偶联山羊抗小鼠IgGAbcamab175473
DAPILeageneDA0002
增强型线粒体膜电位检测试剂盒(JC-1)BeyotimeP0009
LSM900共聚焦显微镜Carl ZeissLSM900

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
动物模型建立
小鼠品系、周龄、性别、TAC手术具体步骤、慢病毒注射剂量和部位
阅读提示:Materials and methods: Experimental animals and treatment
CTRP3过表达
慢病毒LV-CTRP3的构建和滴度、注射时间和体积
阅读提示:Materials and methods: Experimental animals and treatment
基因敲除
CTRP3-KO、ATF5-KO、SIRT1-KO小鼠的构建方法和遗传背景
阅读提示:Materials and methods: Experimental animals and treatment
细胞实验
NRCMs的分离方法、培养条件、转染试剂和剂量、Ang II和CTRP3处理浓度和时间
阅读提示:Materials and methods: NRCM isolation and treatment
线粒体功能检测
透射电镜样本制备、线粒体密度和嵴面积量化方法、ATP检测试剂盒
阅读提示:Materials and methods: Transmission electron microscopy, ATP assay
氧化应激检测
ROS检测探针(DHE、DCFH-DA、MitoSOX Red)、MDA和SOD检测试剂盒
阅读提示:Materials and methods: ROS detection, ATP, MDA, and SOD detection
蛋白表达检测
Western blot抗体列表及稀释比例、蛋白上样量、封闭条件
阅读提示:Materials and methods: Western blotting
统计方法
统计软件、ANOVA类型、样本量、差异显著性标准
阅读提示:Materials and methods: Statistical analysis