衰老相关的ALKBH5-m6A修饰通过富含AT相互作用结构域2加重阿霉素诱导的心肌细胞凋亡

Aging-Associated ALKBH5-m6A Modification Exacerbates Doxorubicin-Induced Cardiomyocyte Apoptosis Via AT-Rich Interaction Domain 2

作者信息Runtai Chen, Guogang Zhang, Kun Sun, Alex F Chen
PMID38156523
发布时间2024-01
DOI10.1161/JAHA.123.031353

实验完整度

包含自然衰老小鼠模型、细胞衰老模型、AAV9介导的体内过表达/敲低、体外功能实验、m6A测序及机制验证等多个独立证据层级。

主要模型

年轻(3月龄)和年老(20-24月龄)C57BL/6J雄性小鼠 AC16成人心室心肌细胞 MCF-7人乳腺癌细胞

重点核对

小鼠年龄和性别:3月龄(年轻)和20-24月龄(年老)雄性C57BL/6J小鼠 AAV9注射剂量:8×10^11或1×10^12病毒基因组/只(经尾静脉单次注射) 阿霉素处理方案:腹腔注射,累计剂量20 mg/kg,分4周,每周5 mg/kg 体外细胞衰老诱导:H2O2(100 μmol/L)或AngII(200 μmol/L)处理2小时,再培养72小时 阿霉素处理浓度:体外实验使用0.5 μmol/L(AC16细胞)和0.125 μmol/L(MCF-7细胞)

摘要

背景 化疗引起的心血管疾病在老年癌症幸存者中日益受到关注,但其潜在机制仍知之甚少。我们研究了ALKBH5(AlkB同源物5)——一种主要的N6-甲基腺苷(m6A)去甲基化酶——及其在衰老相关的阿霉素诱导的心脏毒性中参与m6A甲基化介导的靶标调控的作用。 方法与结果 为了验证阿霉素诱导的心脏毒性与衰老之间的关系,我们建立了年轻和年老雄性小鼠模型。通过腺相关病毒9(体内)、慢病毒和siRNA(体外)调节ALKBH5表达,以检测其对心肌细胞m6A修饰、阿霉素诱导的心脏功能障碍和重构的影响。我们进行了mRNA测序、甲基化RNA免疫沉淀测序和分子实验,以阐明ALKBH5-m6A修饰在阿霉素诱导的心脏毒性中的机制。我们的数据显示,阿霉素诱导的心脏功能障碍、重构和损伤呈年龄依赖性增加。ALKBH5在衰老小鼠心脏中的表达升高,导致整体m6A修饰水平降低。通过mRNA测序和甲基化RNA免疫沉淀测序分析,我们确定了ARID2(富含AT相互作用结构域2)是心肌细胞中ALKBH5-m6A调节的下游效应因子。进一步研究表明,ARID2调节DNA损伤反应并增强阿霉素诱导的心肌细胞凋亡。 结论 我们的发现揭示了ALKBH5-m6A修饰在调节雄性小鼠阿霉素诱导的心脏功能障碍、重构和心肌细胞凋亡中的作用。这些结果强调了ALKBH5靶向治疗在老年癌症患者中的临床潜力。

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
在衰老背景下,ALKBH5介导的m6A修饰是否通过调控下游靶基因影响阿霉素诱导的心脏毒性和心肌细胞凋亡?
核心机制
衰老过程中心肌ALKBH5表达上调,降低整体m6A修饰水平,导致ARID2 mRNA稳定性下降,进而减弱DNA损伤修复能力,加重阿霉素诱导的心肌细胞凋亡。
主要证据
通过mRNA测序和MeRIP-seq鉴定ARID2为ALKBH5的靶基因;在年轻小鼠中过表达ALKBH5加重阿霉素诱导的心功能障碍和心肌细胞凋亡,而在年老小鼠中敲低ALKBH5则减轻心脏损伤;体外AC16细胞中ARID2过表达逆转ALKBH5过表达引起的凋亡增加和γ-H2AX积累。
研究意义
研究揭示了衰老相关阿霉素心脏毒性的新的分子机制,提示靶向ALKBH5-m6A修饰可能成为老年癌症患者化疗心脏毒性的防治策略。

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

建立衰老相关阿霉素心脏毒性模型

验证阿霉素诱导的心脏毒性是否随年龄增加而加重,并检测m6A修饰水平及ALKBH5表达的变化。

对3月龄和20-24月龄雄性C57BL/6J小鼠腹腔注射阿霉素(累计20 mg/kg,分4周,每周5 mg/kg)或生理盐水,通过超声心动图评估心功能,通过ELISA检测血清cTnT和CK-MB水平,通过组织学染色评估心脏重构和凋亡。同时检测不同月龄小鼠(3、12、24月龄)心脏的m6A水平(dot blot和ELISA)及m6A相关酶的表达。

2

体外验证衰老对m6A修饰的影响

在细胞水平(AC16心肌细胞)验证衰老是否导致m6A修饰水平下降及ALKBH5表达升高。

使用H2O2或AngII诱导AC16细胞衰老,通过SA-β-gal染色确认衰老,并通过dot blot检测m6A整体修饰水平变化。

3

心脏特异性过表达ALKBH5对阿霉素心脏毒性的影响

在年轻小鼠中过表达ALKBH5,观察其对阿霉素诱导的心脏功能、重构和细胞凋亡的影响。

通过尾静脉注射AAV9-cTnT-ALKBH5(8×10^11病毒基因组/只)在3月龄小鼠心肌特异性过表达ALKBH5,3周后给予阿霉素处理,通过超声心动图、组织学染色和TUNEL分析评估心脏损伤。

4

m6A测序和RNA测序鉴定ALKBH5下游靶基因

在全基因组范围鉴定受ALKBH5调控的m6A修饰和mRNA表达变化的基因,以确定下游效应因子。

在稳定过表达ALKBH5的AC16细胞和对照细胞中进行m6A-MeRIP-seq和mRNA-seq,通过差异分析筛选受m6A调控的基因,并结合功能注释确定候选靶基因。

5

验证ALKBH5通过m6A修饰调控ARID2表达

验证ALKBH5是否通过m6A修饰直接调控ARID2 mRNA的稳定性。

通过MeRIP-qPCR检测ARID2 mRNA的m6A修饰水平;通过双荧光素酶报告基因检测验证m6A基序的功能;通过放线菌素D实验检测ALKBH5对ARID2 mRNA稳定性的影响。

6

评估ARID2对阿霉素诱导心肌细胞凋亡和DNA损伤修复的影响

验证ARID2能否逆转ALKBH5过表达引起的心肌细胞凋亡增加,并探讨其机制是否涉及DNA损伤修复。

在AC16细胞中单独或联合过表达ALKBH5和ARID2,用阿霉素(0.5 μmol/L)处理,通过TUNEL染色评估凋亡,通过γ-H2AX免疫荧光和Western blot评估DNA损伤修复能力。

7

心脏特异性敲低ALKBH5对阿霉素心脏毒性的影响

在年老小鼠中敲低ALKBH5,观察其对阿霉素诱导的心脏功能障碍和重构的改善作用。

通过尾静脉注射AAV9-shALKBH5(1×10^12病毒基因组/只)在20月龄小鼠心肌特异性敲低ALKBH5,4周后给予阿霉素,通过超声心动图、组织学染色和TUNEL分析评估心脏保护作用。

8

在乳腺癌细胞中验证ALKBH5敲低对肿瘤细胞增殖的影响

探究ALKBH5靶向治疗在肿瘤细胞中的潜在效应,以确保心脏保护干预不影响抗肿瘤疗效。

在MCF-7乳腺癌细胞中敲低ALKBH5,通过EDU染色检测细胞增殖,通过低剂量阿霉素处理(0.125 μmol/L)评估细胞死亡和集落形成能力。

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
C57BL/6J小鼠The Hunan Slac Laboratory Animal Company; The Nanjing Qingzilan Technology Co., Ltd.--
阿霉素----
AAV9-ALKBH5GeneChem--
AAV9-shALKBH5GeneChem--
Vevo 1100成像系统VisualSonics--
ELISA试剂盒(小鼠肌酸激酶MB同工酶和cTnT)Huamei--
ImageJ软件----
γ-H2AX抗体(兔重组,Cell Signaling,ref 7631S)Cell Signaling7631S
Alexa 594抗兔荧光二抗Proteintech--
DAPIBeyotimeC1002
蔡司LSM800共聚焦显微镜Zeiss--
抗心肌肌钙蛋白I抗体(#66376-1-Ig)Proteintech66376-1-Ig
山羊抗小鼠IgG(H+L)(#SA00007-1)ProteintechSA00007-1
原位细胞死亡检测试剂盒(TMR红色)Sigma-Aldrich--
Trizol试剂Invitrogen--
PrimeScript RT Master MixTakaraRR036A
SYBR Green PCR预混液Bio-Rad--
RIPA裂解液Beyotime--
蛋白酶和磷酸酶抑制剂Beyotime--
BCA蛋白定量试剂盒KeygentecKGP902
PVDF膜----
METTL3抗体(兔多克隆,Cell Signaling,ref 96391S)Cell Signaling96391S
METTL14抗体(兔多克隆,Cell Signaling,ref 51104S)Cell Signaling51104S
FTO抗体(兔重组,Abcam,ab126605)Abcamab126605
ALKBH5抗体(兔重组,Abcam,ab195377)Abcamab195377
ARID2抗体(兔多克隆,Proteintech,23406-1-AP)Proteintech23406-1-AP
PBRM1抗体(兔多克隆,Proteintech,12563-1-AP)Proteintech12563-1-AP
BRD7抗体(兔多克隆,Proteintech,51009-2-AP)Proteintech51009-2-AP
GAPDH抗体(兔多克隆,Proteintech,10494-1-AP)Proteintech10494-1-AP
增强化学发光检测试剂Advansta--
ChemiDoc MP成像系统Bio-Rad--
AC16细胞Sigma-AldrichSCC109
MCF-7细胞ATCC--
DMEM-F12培养基----
DMEM培养基Corning--
胎牛血清Gibco--
青霉素-链霉素Gibco--
EpiQuik m6A RNA甲基化定量试剂盒EpiGentek--
N+尼龙膜Osmonics Inc.--
紫外交联仪(CL-1000)UVP--
抗m6A抗体(ABE572)Millipore SigmaABE572
过氧化氢----
血管紧张素II----
SA-β-gal染色试剂盒Beyotime BiotechnologyC0602
pmiGLO载体Tsingke--
定点突变试剂盒Thermo--
双荧光素酶报告基因检测试剂盒Beyotime BiotechnologyRG027
Victor多功能酶标仪PerkinElmer--
Lipofectamine 3000Invitrogen2067450
siRNAs(Control、ALKBH5、YTHDC1-2、YTHDF1-3、ARID2)----
ARID2过表达载体GeneChem--
GFP-载体慢病毒GeneChem--
GFP-ALKBH5慢病毒GeneChem--
Magna RIP RNA结合蛋白免疫沉淀试剂盒Millipore--
Agilent 2100生物分析仪Agilent--
RNA 6000 Nano LabChip试剂盒Agilent--
poly-T寡核苷酸磁珠Invitrogen--
m6A特异性抗体(No. 202003)Synaptic Systems202003
Illumina Novaseq 6000测序平台Illumina--
Magna MeRIP m6A试剂盒Merck Millipore--
RNeasy MinElute清洁试剂盒QIAGEN74204
Prism软件----
EDU染色检测----

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
小鼠品系:C57BL/6J;性别:雄性;年龄:3月龄(年轻)和20-24月龄(年老)
阅读提示:Methods - Animal Studies
AAV9注射
AAV9-ALKBH5剂量:8×10^11病毒基因组/只;AAV9-shALKBH5剂量:1×10^12病毒基因组/只;注射方式:尾静脉单次注射;体积:200 μL
阅读提示:Methods - Experimental Design and AAV Vector
阿霉素处理
腹腔注射;累积剂量:20 mg/kg;分4周,每周5 mg/kg
阅读提示:Methods - Experimental Design and AAV Vector
体外细胞处理
细胞:AC16心肌细胞;衰老诱导:H2O2(100 μmol/L)或AngII(200 μmol/L)处理2小时;阿霉素浓度:0.5 μmol/L(AC16)和0.125 μmol/L(MCF-7)
阅读提示:Methods - Induction of Cell Senescence, Cell Culture; Results - ARID2 Improves Doxorubicin-Induced Cardiomyocytes Apoptosis
m6A检测
m6A定量使用EpiQuik试剂盒;dot blot使用m6A抗体(ABE572)
阅读提示:Methods - RNA Methylation Quantification, m6A Dot Blot Assay
测序分析
筛选标准:m6A修饰变化大于2倍(P<0.05);mRNA表达变化大于2倍(P<0.05)
阅读提示:Methods - M6A-RNA Immunoprecipitation Assay, m6A Sequencing, and mRNA-Sequencing Analysis
统计设计
样本量:每组6只小鼠;统计方法:Student's t test、1-way ANOVA、2-way ANOVA;显著性水平:P<0.05
阅读提示:Methods - Statistical Analysis