Filamin C减少导致蛋白质稳态改变、心肌病和心律失常

Reduction of Filamin C Results in Altered Proteostasis, Cardiomyopathy, and Arrhythmias

作者信息Joyce C Ohiri, Lisa Dellefave-Castillo, Garima Tomar, Lisa Wilsbacher, Lubna Choudhury, David Y Barefield, Dominic Fullenkamp, Anthony M Gacita, Tanner O Monroe, Lorenzo Pesce, Malorie Blancard, Lauren Vaught, Alfred L George Jr, Alexis R Demonbreun, Megan J Puckelwartz, Elizabeth M McNally
PMID38761081
发布时间2024-05-21
DOI10.1161/JAHA.123.030467

实验完整度

高

包含多证据层级:患者临床与遗传分析、iPSC-CMs模型、基因编辑等基因对照、蛋白质稳态功能验证、场电位与工程心脏组织功能评估。

主要模型

患者来源iPSC-CMs(携带FLNC变异) CRISPR-Cas9基因编辑的健康对照iPSC-CMs(FLNC ABD-/-) 工程心脏组织(EHTs)

重点核对

FLNC基因编辑靶向肌动蛋白结合域(ABD),通过Sanger测序和扩增子测序确认克隆纯度 低剂量硼替佐米处理浓度0.1 μM,处理24小时 场电位测量在CardioExcyte 96平台上进行,以1 Hz起搏 EHTs收缩性指数在基因型和治疗盲法下评分,至少每个条件4个视频

摘要

背景:许多与心肌病相关的FLNC致病性变异为杂合截短变异,且FLNC致病性变异与心律失常相关。肌丝蛋白病的触发因素尚未完全明了。方法与结果:我们描述了一个携带FLNC双等位基因致病性变异p.Arg650X和c.970-4A>G的个体,表现为围产期心肌病和室性心律失常。我们还描述了携带FLNC变异(包括Val2715fs87X、Glu2458Serfs71X、Phe106Leu和c.970-4A>G)的先证者的临床表现,包括肥厚型和扩张型心肌病、心房颤动和室性心动过速。诱导多能干细胞来源的心肌细胞(iPSC-CMs)被生成。FLNC截短变异Arg650X/c.970-4A>G显示filamin C蛋白显著减少,与双等位基因功能缺失突变一致。为评估filamin C缺失,使用基因编辑在健康对照iPSC系中生成肌动蛋白结合域的同源性FLNC破坏。由于filamin C与蛋白质质量控制相关,我们评估了iPSC-CMs在响应蛋白酶体抑制剂硼替佐米时对filamin C的需求。低剂量硼替佐米处理后,FLNC-null iPSC-CMs显示出伴侣蛋白BAG3、HSP70(热休克蛋白70)和HSPB8(小热休克蛋白B8)以及自噬标志物LC3I/II的增加。FLNC-null iPSC-CMs的细胞外场电位延长,且在低剂量硼替佐米存在下进一步延长。FLNC-null工程心脏组织在低剂量硼替佐米处理后功能受损。结论:FLNC致病性变异与心律失常易感性相关,可在iPSC-CMs中建模。Filamin C减少延长了场电位(动作电位的替代指标),并且与硼替佐米诱导的蛋白酶体抑制一起,减少的filamin C导致更大的心律失常潜力和功能受损。关键词:心律失常,自噬,BAG3,filamin C,蛋白质稳态。

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
filamin C缺失如何影响心肌细胞的蛋白质稳态和心律失常易感性?
核心机制
filamin C缺失削弱了心肌细胞应对蛋白酶体抑制的能力,导致伴侣蛋白(BAG3、HSP70、HSPB8)和自噬标志物LC3I/II增加,蛋白质稳态失调,进而延长场电位并加剧心律失常风险。
主要证据
患者来源iPSC-CMs和基因编辑FLNC ABD-/- iPSC-CMs在低剂量硼替佐米处理后蛋白表达变化、场电位延长和EHTs收缩性下降等实验证据。
研究意义
研究确定了FLNC致病性变异与心律失常的关联,并提示蛋白质稳态受损可能增加心律失常风险,为理解FLNC相关心肌病提供了机制基础。

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

患者队列临床与遗传特征描述

识别FLNC变异谱及表型关联。

多家族遗传分析,记录临床心肌病和心律失常表现。

2

iPSC-CMs生成与FLNC蛋白评估

确定FLNC变异对蛋白表达的影响。

从患者成纤维细胞、尿细胞或PBMC生成iPSCs,分化为心肌细胞,通过免疫印迹和免疫荧光评估filamin C表达和定位。

3

基因编辑建立FLNC null模型

创建等基因对照以研究filamin C功能缺失。

CRISPR-Cas9靶向FLNC外显子1(ABD),生成FLNC ABD-/- iPSCs,并验证编辑效率和脱靶。

4

蛋白质稳态应激反应评估

检验filamin C缺失下蛋白质稳态维持能力。

对iPSC-CMs进行硼替佐米处理,检测伴侣蛋白和自噬标志物表达。

5

心律失常电生理评估

评估filamin C缺失对动作电位时程的影响。

使用多电极阵列记录iPSC-CMs的场电位,并在硼替佐米处理下监测变化。

6

工程心脏组织功能评估

在三维组织水平评估filamin C缺失对收缩功能的影响。

生成EHTs,测量硼替佐米处理前后的收缩性指数。

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。

验证分子表达变化
验证机制链路
数据分析与统计
其他研究目的

产品清单

实验环节名称品牌货号
mTeSR-1培养基Stem Cell Technologies85850
CDM3培养基----
CHIR99021----
Wnt-C59----
TrypLEThermo12563011
pSpCas9(BB)-2A-GFP质粒Addgene48138
CloneRStem Cell5888
ThiazovivinSigmaSML1045
嘌呤霉素ThermoA1113803
TRIzol试剂Thermo15596-018
AmpliTaq Gold 360预混液Thermo4398881
蛋白酶抑制剂混合物Sigma11836170001
磷酸酶抑制剂混合物Sigma4906837001
Bradford 1X染料试剂Biorad5000205
Laemmli蛋白上样缓冲液Biorad1610747
预制蛋白胶Biorad4561083
PVDF膜Biorad1620177
T20封闭缓冲液Thermo37543
FLNC抗体SigmaHPA006135
FLNC抗体ABClonalA13018
BAG3抗体Proteintech10599-1-AP
HSPB8抗体Proteintech15287-1-AP
HSP70抗体Proteintech10995-1-AP
p62/SQSTM1抗体Proteintech18420-1-AP
LC3抗体SigmaL8918
α-肌节肌动蛋白抗体SigmaA2172
羊抗鼠IgG二抗Jackson ImmunoResearch115-035-003
羊抗兔IgG二抗Jackson ImmunoResearch111-035-003
PICO化学发光底物Thermo34580
Femto化学发光底物Thermo34096
iBright 1500成像系统Invitrogen--
Memcode可逆蛋白染色试剂盒Thermo24585
α-actinin抗体SigmaA7811
羊抗兔IgG二抗InvitrogenA11012
驴抗鼠IgG二抗InvitrogenA21202
Prolong Gold封片剂ThermoP36930
Axio Imager M2显微镜Zeiss--
硼替佐米Cell Signaling2204S
CardioExcyte 96平台Nanion Technologies--
DataControl软件Nanion Technologies--
Acuri C6 Plus流式细胞仪BD--

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
iPSC-CMs分化
分化方案(Wnt调节)、CDM3培养基成分、CHIR99021浓度和暴露时间、Wnt-C59浓度和暴露时间
阅读提示:Methods: Generation and Differentiation of iPSC Lines
基因编辑
guide RNA序列、转染方法、筛选药物浓度和持续时间
阅读提示:Methods: Gene Editing/Off Target Analysis, Genotyping
蛋白质稳态应激处理
硼替佐米浓度(0.1 μM)、处理时间(24小时)
阅读提示:Methods: Proteotoxic Stress With Bortezomib
场电位测量
起搏参数(1 Hz)、数据记录平台(CardioExcyte 96)、处理浓度
阅读提示:Methods: Multielectrode Array Measurements
EHT功能评估
EHT生成方案、硼替佐米处理浓度和时间、收缩性评分标准
阅读提示:Methods: Engineered Heart Tissue Generation