心肌细胞中ZO-1的表达对正常房室传导至关重要,但不改变心室功能

Cardiomyocyte Expression of ZO-1 Is Essential for Normal Atrioventricular Conduction but Does Not Alter Ventricular Function

作者信息Jianlin Zhang, Kevin P Vincent, Angela K Peter, Matthew Klos, Hongqiang Cheng, Selina M Huang, Jordan K Towne, Debbie Ferng, Yusu Gu, Nancy D Dalton, Yunghang Chan, Ruixia Li, Kirk L Peterson, Ju Chen, Andrew D McCulloch, Kirk U Knowlton, Robert S Ross
PMID32345129
期刊Circ Res
发布时间2020-07-03
DOI10.1161/CIRCRESAHA.119.315539

实验完整度

高

包含基因敲除小鼠模型、心电图/遥测/心内电生理/光学标测功能验证、蛋白表达与免疫组化机制分析等多层级证据。

主要模型

ZO-1心肌细胞特异性敲除小鼠(ZO-1cKO) αMHC-Cre; ZO-1f/f小鼠 HCN4-GFP标记的传导系统小鼠 离体心脏光学标测

重点核对

ZO-1蛋白在心肌细胞中的缺失程度(残留约3.3%) 用于产生ZO-1cKO的Cre系(αMHC-nuclear Cre)和对照(ZO-1f/+; αMHC-Cre) 心房组织Cx45、CAR蛋白表达水平 AV结细胞中NaV1.5表达变化 AV结中ZO-2蛋白的缺失

摘要

基本原理:闭锁小带-1(ZO-1)是一种质膜相关的支架蛋白,调节信号转导、转录和细胞通讯。小鼠中ZO-1的全身性缺失在胚胎第11.5天致死。ZO-1在心肌细胞(CM)中的功能在很大程度上是未知的。目的:鉴于ZO-1与已被证明在正常心脏传导和功能中起关键作用的其他CM蛋白结合,确定CM ZO-1在完整心脏中的功能。方法和结果:我们使用α-肌球蛋白重链-核Cre生成了ZO-1心肌细胞特异性敲除(KO)小鼠(ZO-1cKO),并通过超声心动图、体表心电图和清醒遥测、心内电图和起搏以及光学标测研究研究了生理和电生理功能。ZO-1cKO小鼠是可存活的,具有正常的孟德尔比率和正常的寿命。在年轻或老年小鼠的基础状态下,甚至在心脏承受血流动力学负荷时,ZO-1cKO与对照(CTL)小鼠之间的心室形态学和功能没有显著差异。ZO-1cKO小鼠的心房质量增加。电生理和光学标测研究表明,与CTL心脏相比,ZO-1cKO小鼠存在高度房室(A-V)阻滞。虽然ZO-1相关蛋白如纽蛋白、连接蛋白43、N-钙粘蛋白和α-连环蛋白在ZO-1缺失时没有显著变化,但在ZO-1cKO小鼠的心房中,连接蛋白45和柯萨奇-腺病毒受体(CAR)蛋白减少。此外,随着ZO-1的缺失,ZO-2蛋白在心室CM中显著增加,推测是一种补偿机制,但在房室结心肌细胞中仍未检测到。重要的是,钠通道蛋白NaV1.5在ZO-1cKO与CTL的房室结细胞中的表达发生了改变。结论:ZO-1蛋白在心脏结组织中具有独特的生理作用。这与已知的与CAR和Cx45的相互作用一致,并揭示了ZO-1在调节房室结中NaV1.5表达的新功能。值得注意的是,ZO-1对于工作心肌的功能是可有可无的。关键词:闭锁小带,传导系统,房室阻滞,柯萨奇腺病毒受体,纽蛋白,心律失常(心律紊乱),心脏间隙连接 connexins,基因靶向

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
心肌细胞中的ZO-1在完整心脏中的功能是什么?其对心脏传导和心室功能有何影响?
核心机制
ZO-1通过调节AV结中NaV1.5的表达及维持Cx45的表达,对房室传导至关重要;在心室中,ZO-2可能代偿性升高以维持正常功能。
主要证据
ZO-1cKO小鼠表现出不同程度的AV阻滞,包括完全性心脏阻滞;心室功能正常;心房中Cx45和CAR表达减少,AV结中NaV1.5表达改变,而ZO-2在心室中代偿性增加但不在AV结中。
研究意义
该研究揭示了ZO-1在心脏传导系统中的独特生理作用,为理解房室传导疾病提供了新的机制视角,并可能对心律失常和传导障碍的病理生理学具有意义。

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

生成ZO-1心肌细胞特异性敲除小鼠

建立心肌细胞中特异性缺失ZO-1的动物模型,以研究其功能。

利用带有floxed ZO-1等位基因的小鼠与αMHC-Cre转基因小鼠交配,产生ZO-1cKO小鼠。通过Western blot和免疫荧光确认ZO-1在心肌细胞中几乎完全缺失。

2

评估基础心脏结构和功能

评估ZO-1缺失对心脏形态、心室功能、寿命及应激反应的影响。

通过组织学染色(H&E、Masson三色)、超声心动图、横向主动脉缩窄(TAC)和透射电镜评估ZO-1cKO和CTL小鼠的心脏结构和功能。

3

检测心脏电生理功能

评估ZO-1缺失对心脏节律和传导的影响。

采用体表心电图、清醒遥测、心内电生理和光学标测记录ZO-1cKO和CTL小鼠的心电活动,分析房室传导、心房和心室电活动。

4

分析ZO-1相关蛋白的表达和定位

探索ZO-1缺失对心肌细胞中相关蛋白表达和定位的影响,以揭示可能的机制。

通过Western blot和免疫荧光检测ZO-1、ZO-2、Cx45、Cx43、CAR、NaV1.5等蛋白在心脏不同区域(心房、心室、AV结)的表达和定位。

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
ZO-1抗体Millipore-SigmaMATB11
ZO-2抗体AbgentABO11279
桥粒斑蛋白抗体AbD Serotec2722-5204
PECAM/CD31抗体R & D SystemsAF3628
连接蛋白43抗体Invitrogen71-0700
β-连环蛋白抗体Abcamab16051
γ-连环蛋白抗体ThermoFisherPA5-17320
N-钙粘蛋白抗体BD Biosciences610920
contactin-2抗体R & D SystemsAF439
驴抗兔Alex-488二抗Jackson Lab711-545-152
抗兔Alex-647二抗Jackson Lab711-605-152
cy3驴抗大鼠二抗Jackson Lab712-165-153
cy5驴抗小鼠二抗Jackson Lab715-175-151
cy3驴抗山羊二抗Jackson Lab705-165-147
DAPIThermoFisherD1306
Fluoromount-G™eBioscience00-4958-02
桥粒斑蛋白抗体AbD Serotec2722-5204
磷酸化连接蛋白43 (Ser368)抗体Cell Signaling Technology3511
纽蛋白抗体SigmaV9131
N-钙粘蛋白抗体UIHBMNCD2
CAR抗体Santa Cruz Biotechnology Inc.SC-15405
γ-连环蛋白抗体Santa Cruz Biotechnology Inc.SC-7900
连接蛋白30.2抗体Invitrogen40-7400
连接蛋白40抗体Invitrogen36-5000
连接蛋白45抗体Invitrogen41-4700
GAPDH抗体Millipore-SigmaMAB374
驴抗小鼠二抗Jackson Lab615-035-214
驴抗兔二抗Jackson Lab711-035-152
驴抗大鼠二抗Jackson Lab712-035-153
驴抗山羊二抗Jackson Lab705-035-003
八极导管 (EPA-800)Millar--

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
小鼠模型
ZO-1条件性敲除小鼠的产生方式(floxed ZO-1等位基因与αMHC-Cre交配)
阅读提示:Methods: Gene targeting and generation of ZO-1cKO
蛋白表达分析
ZO-1蛋白敲除效率(心肌细胞中残留水平约3.3%),组织取材部位(四个心腔)
阅读提示:Results: Generation of ZO-1 cardiac myocyte specific knockout mice; Figure 1
心脏功能评估
超声心动图的时间点(4、10、88周)和TAC手术的年龄(11-12周)及术后观察时间(4周)
阅读提示:Results: ZO-1-cKO mice live a full life span...; Online Figure III
电生理记录
表面ECG、遥测、心内电生理和光学标测的具体方案(如麻醉剂、电极位置、起搏周期长度)
阅读提示:Methods: Surface electrocardiography, conscious telemetry, transverse aortic constriction, echocardiography, intracardiac electrophysiology and optical mapping; Results: Abnormal rhythm...
蛋白表达分析
使用抗体及稀释比例(如ZO-1、ZO-2、Cx45、NaV1.5)
阅读提示:Methods: Major Resources Table; Figure 7