RolandF.Schindler,KarLaiPoon,SubreenaSimrick,ThomasBrand
HeartScienceCentre,ImperialCollegeLondon,Harefield,UnitedKingdom
Correspondenceto:ProfessorThomasBrand.HarefieldHeartScienceCentre,NationalHeartandLungInstitute,ImperialCollegeLondon,Harefield,UB96JH,UnitedKingdom.
摘要含Popeye结构域(Popeyedomaincontaining,Popdc)基因家族在骨骼肌和心肌中表达尤为明显。然而直到最近,Popdc基因在心脏中的功能才有了重大发现。Popdc基因编码的膜蛋白含有一个进化保守的Popeye结构域,该结构域可结合环磷酸腺苷(cyclicadenosinemonophosphate,cAMP)。Popdc蛋白与双通道TREK-1相互作用并增强通道电流强度。cAMP则可调节这一作用过程。斑马鱼和小鼠的Popdc基因无效突变体可诱发严重的心律失常,在斑马鱼中主要表现为房室传导阻滞,在小鼠中则为应激诱导型窦性心动过缓,后者是由于窦性停搏引起的,并且该表型具有年龄依赖性。在幼小动物中不存在的表型随着年龄增长,表型会越来越明显。这种情况使人联想到病态窦房结综合征(sicksinussyndrome,SSS),该病多见于老年患者,心脏自身起搏的频率不能适应患者生理需求。SSS是一种常见疾病,治疗该病的心脏起搏器占西方国家心脏起搏器植入很大一部分,然而对SSS分子水平机制知之甚少。因此,研究人员期望通过对Popdc小鼠应激诱导型心动过缓的分子水平进行研究,从而为心脏起搏系统疾病病因探索打开一扇新的大门。
含Popeye结构域(Popdc)基因家族
在寻找具有心脏限制性基因表达模式的新基因过程中,研究人员发现了含Popeye结构域基因家族的首个成员Popdc1(曾命名Pop1)(1)。DavidBader的研究团队也独立发现了相同基因并命名为Bves(2)。通过基因序列同源性分析和蛋白结构预测分析,研究人员随后发现了基因家族中另外两个成员并命名为Popdc2和Popdc3(1)。
三个Popdc基因全都在横纹肌组织(骨骼肌和心肌)中高水平表达。另外,这三种基因在平滑肌组织中如膀胱、子宫和胃肠道也有显著表达(1,3-5)。在中枢和自主神经系统以及表皮、胃肠道、视网膜、晶状体和角膜的上皮细胞中,Popdc基因也有表达(3,6-9)。
在心脏内,心房Popdc1表达水平高于心室。而整个心脏传导系统中Popdc1表达水平最高(5,10)。在心外膜及其衍生细胞中是否有Popdc1表达尚存争论(1,4,5,11-14)。我们的研究中并未发现心外膜或其衍生组织中有Popdc1显著表达的证据。Popdc2在体腔上皮早期发育过程中有表达,但在胚胎期和成人心脏的心外膜以及冠状动脉血管内不表达(3)。由此,可以得出该基因主要在心肌细胞内表达,与功能缺失实验中观察到的表型结果一致(见下)。
Popdc基因家族的进化
所有Popdc基因都具有一个共同标志,即它们的编码蛋白有一个较大的N-末端疏水区,经预测该区域可形成多达3个的跨膜螺旋。此外,所有Popeye基因均含有一个保守的Popeye结构域(图1)。这三个Popdc基因位于两条不同的染色体位点上。在人体中,POPDC1和POPDC3串联排列在染色体6q21上,同时POPDC3位于POPDC1的上游。一段长度为20kb的间隔序列将这两个基因隔开。有趣的是,该位点的转录是由双向POPDC1启动子和一个反义RNA在POPDC1和POPDC3之间的间隔区开始,并延伸至POPDC3基因重叠区。反义转录是否影响POPDC3表达目前还并不清楚,但考虑到POPDC3的表达水平明显低于POPDC1,这个推测就很有意思。有趣的是,基因间隔区在进化过程中明显延长,在被囊动物和斑马鱼中长度分别为2和4kb,而在鸟类中则增加至8kb。在鸟类中(据估测,牛类中也有这种基因复合体)可观察到一组含有Popdc1和Popdc3序列的独特mRNA,这说明在这些物种中由转录装置导致的两个基因间的界限并未在严格意义上被观察到(1)。在被囊动物、海胆、节肢动物(昆虫、蜘蛛以及甲壳类动物)和软体动物中仅发现了其中两种Popdc基因,可能是Popdc1和Popdc3的同源基因并簇集排列在相同的染色体位点(图1)。这可能是在进化早期,基因发生串联复制而产生了Popdc1和Popdc3,进化压力使得它们作为一个基因簇以实现共同调节并确保适当的表达水平。近来有人错误的提出Popdc1是唯一存在于脊椎动物和无脊椎动物的基因(16)。这种说法可能是基于果蝇中仅存在单一的Popdc基因的事实。但是在果蝇和其它双翅目(按蚊)中,这种情况只是例外而非规律。有趣的是,在蚤状溞(水蚤)上总共发现有4种不同的Popdc基因,其中一种似乎与Popdc1同源,而其他3种与Popdc3最相似。Popdc2仅存于脊椎动物,并且有可能是由Popdc3基因复制产生。Popdc2和Popdc3彼此密切相关,在蛋白水平上二者有近50%序列一致,而Popdc1与Popdc2或Popdc3相近仅有25%(1)。在人体中,的Popdc2位于染色体3q13.33上,是心脏内表达水平最高的Popdc基因(图1)。
图1Popeye基因家族。(A)Popdc蛋白结构示意图。Popdc基因家族成员编码的膜蛋白包含有3个跨膜结构域(黑色区)。红色区代表具有进化保守性的Popeye结构域;(B)脊椎动物和无脊椎动物Popeye基因家族的树形图。脊椎动物中已发现3个基因分别为Popdc1、Popdc2、和Popdc3。在较低等的脊索动物(萨氏海鞘)以及昆虫(意大利蜜蜂)中发现的两基因可能为Popdc1和Popdc3的同源基因。包括果蝇在内的几乎所有双翅目动物只有一个Popdc基因。Popdc2仅存在于脊椎动物。树形图通过Phylogeny.fr程序制作(15);(C)Popdc基因优先在肌肉和心脏组织中表达。图示描述的是一个3日龄鸡胚胎,通过整体原位杂交技术检测心脏(h)和肌节(m)的Popdc2,胚胎中肌节发育成背部肌肉。
有充分证据显示,Popdc1/Popdc3为共调节基因并且它们的表达水平和模式与Popdc2不同。例如有报道称,在人类功能衰竭的心脏中,POPDC1和POPDC3表达水平下调(17)。衰竭心脏标本的mRNA水平相关分析表明,POPDC1对POPDC3有协同调节作用,这与POPDC2不同。类似的,在胃癌、肠癌的标本中发现有POPDC1和POPDC3的高度甲基化而非POPDC2(6,7)。
Popeye结构域结合cAMP
心肌细胞胞浆侧有大量Popdc基因编码的膜蛋白(图2)。该膜蛋白均匀分布在闰盘和侧膜上,同时也存在于心室肌细胞T管系统。脊椎动物三种Popdc基因编码的蛋白经广泛糖基化后结合在质膜上,它们的长度范围为~个氨基酸。Popdc1的膜拓扑结构已有广泛研究,其氨基末端位于质膜外而羧基末端则在细胞胞浆内(18)。Popdc有一长约25~40个氨基酸胞外氨基末端,在三次跨膜结构域后含有1个或2个N-糖基化位点(图2)。在胞浆中则有一个高度保守的可结合cAMP的的Popeye结构域,其后的末端序列长度可变,可供选择性剪接。已证实Popdc1可进行同型二聚体化(18),位于Popeye结合域的羧基末端的序列结构为进行Popdc1特异的二聚化所必需(19),不过最近的数据表明该分子其他区域也在二聚化中起作用(20)。
图2Popdc蛋白是一种与cAMP结合的膜蛋白。(A,B)成年小鼠心肌(A)和分离出心室心肌细胞(B)的Popdc1免疫荧光染色。Popdc1位于闰盘、侧膜和T管系统。(C)Popdc1蛋白功能模式图。该蛋白由一个较短的胞外结构域、三个跨膜结构域和一个进化保守的Popeye结构域构成,Popeye结构域后的羧基末端具有长度和序列可变性。注意Popdc1还是一种质膜上通过二硫键稳定的蛋白二聚体。(D)人POPDC1的二级结构预测,与蛋白激酶A的cAMP结合域(PRKAR2B)结构相似。(E,F)已知的(E)脊椎动物cAMP结合蛋白上的环核苷酸结合盒(CNBC)序列的比较与推测的(F)Popeye蛋白存在CNBC。尽管两个cAMP结合序列均具有高亲和性,但CNBC结构并不类似。(G)POPDC1的Popeye结构域的3D模型。红色标记的氨基酸残基固定不变的,大多数簇集在推测的CNBC周围。图D和G经许可后引自(10)。
Popeye结构域展示了Popdc蛋白中最高的序列保守性,提示该蛋白结构域可能具有重要的生物学意义。结构建模显示它与蛋白激酶A(PKA)的cAMP结合域相似(图2)(10)。但是,该假定的环核苷酸结合区(CNBC)的氨基酸序列与其他已知的CNBCs序列并不匹配(图2)。通过cAMP琼脂亲和沉淀和放射性配体结合分析可测定它与cAMP的结合能力,这两种方法均显示出生理条件下该蛋白结构域与cAMP能高亲和力结合(10)。Popdc2和Popdc3同样也有结合cAMP的能力,因为二者均有结构和序列高度保守的Popeye结构域。利用重组Popdc1的Popeye结构域研究发现,其与cAMP的亲和力约为cGMP的20倍,说明Popdc1优先结合cAMP。也有关于PKA和PKG的报道称,这些激酶与这两种核苷酸均可结合,只是结合的量有差别。仅需改变PKA上的一个氨基酸就可将其转换为可被两种核苷酸激活的一种酶(21)。这样看来,cGMP核苷酸浓度足够高的话也能与Popdc蛋白结合。但在FRET实验中观察到,Popdc1对硝普钠诱导cGMP水平变化完全不敏感,说明在生理条件下Popdc蛋白结合cAMP且仅介导cAMP引起的信号转(10)。
总之,Popeye结构域显示了高度序列保守性。从软体动物到人所有的Popeye结构域中有几个氨基酸是固定不变的。保守氨基酸反映在预测的三维结构上的结果显示,其周围有一个包括CNBC在内的保守基团簇环绕。为检测这种进化保守的氨基酸残基是否具有重要功能,研究人员对高度保守的多肽序列DSPE和FQVT进行突变(图2)。结果显示,在Popdc1的D处以及Popdc2的D处将带电荷的氨基酸变成丙氨酸会导致其与cAMP结合能力急剧降低,提示该位点的天冬氨酸残基是结合环核苷酸所必需的(10)。遗憾的是,到现在仍未获得Popeye结构域的结构信息,而这对于进一步确定Popeye结构域与环核苷酸相互作用是必需的。
有趣的是,环腺苷酸受体蛋白(cyclicAMPreceptorprotein,CRP)是非Popdc蛋白中具有最高水平序列保守性的蛋白,它是一种细菌转录因子,可根据代谢物浓度的变化来调节酶的表达。因此,Popdc蛋白有可能由转录调节因子演变而来并在胞浆膜上进行亚细胞结构再定位。由此,值得指出的是,在心肌和骨骼肌细胞核中发现以异构体依赖方式存在的Popdc蛋白,这提示这些蛋白可能保留了一些原始功能(22)。
Popdc蛋白与双孔钾通道TREK-1的相互作用
Popdc蛋白在胞浆膜中的定位说明其与膜蛋白存在相互作用。由于小鼠和斑马鱼的缺失突变体均出现心律失常(见下),我们推测Popdc蛋白可能与心脏离子通道(或离子泵)相互作用。利用非洲爪蟾卵母细胞建立筛选系统以揭示Popdc1蛋白对电流变化的影响。不出所料,我们观察到钾离子通道TREK-1与Popdc1蛋白有特异性的相互作用(10)。Popdc1可使TREK-1电流增加2倍,在其他Popdc基因家族成员中也有类似现象。电流的增加是由于TREK-1膜反应增强,说明Popdc蛋白对转运通道具有调节作用。
TREK-1是一种钾离子通道,对维持神经细胞静息电位有重要作用(23),它属于双孔钾通道家族(K2P),此外还有至少三种通道TASK-1、TREK-2、TWIK-2等在心脏内表达(24),但是仅TREK-1与Popdc1存在特异性相互作用(10)。使用双分子FRET方法检测证实Popdc1与TREK-1两种蛋白间存在特异性相互作用。这种蛋白的相互作用对肾上腺素刺激反应敏感。异丙肾上腺素刺激后FRET信号迅速减弱表明Popdc1-TREK-1对cAMP水平变化敏感。但仅cAMP水平升高可调节FRET信号,cGMP对此无影响(10)。由于TREK-1是受PKA依赖磷酸化调控并失活的蛋白,因此Popdc1依赖的TREK-1电流调节可能是在较慢的激酶依赖性失活后,对肾上腺素刺激的一种快速反应(25)。由于缺乏特异性拮抗剂,很难确定该通道在心血管系统的特定作用。有研究认为,TREK-1可能参与机电反馈调(26,27)。此外,TREK-1也可能参与调节心房钠尿肽的分泌(28)。最后需要提到的是,果蝇中K2P相关离子通道ORK1与心脏起搏活动调节有关(29)。由于TREK-1在心血管系统中的作用尚未完全阐明,因而也未能彻底明确它和Popdc蛋白相互作用的功能意义。但考虑到心肌细胞中存在大量Popdc蛋白,Popdc蛋白也可能和除TREK-1外其他膜蛋白之间存在相互作用。
斑马鱼和小鼠中Popdc1和Popdc2基因功能分析
同其他脊椎动物一样,斑马鱼的popdc2也在骨骼肌和心肌内表达(30)(图3)。利用吗啉基(morpholino)处理斑马鱼胚胎进行popdc2基因功能缺失分析,结果显示出严重肌肉缺陷,其特点为肌接头结构异常导致肌纤维排列缺陷和肌纤维破裂(30)。除此之外,颅面部肌肉范围严重减小。这种肌肉发育不良让人联想到在Popdc1缺失突变的小鼠中观察到的肌再生表型(14)。popdc2基因突变斑马鱼的心脏表现为大量心包水肿,是胚胎期心力衰竭的表现(30)。降低吗啉基浓度后,发育中的骨骼肌和心肌形态恢复正常。但在受精后第4和第7天之间出现心动过缓。多个基因突变的胚胎心率明显下降,表现为部分或者完全房室传导阻滞(图3)。一些胚胎也出现窦房阻滞。
图3斑马鱼中缺失popdc2可致心律失常。(A-C)斑马鱼胚胎的(A)第1天,(B)第2天和(C)第3天的popdc2基因表达,表达在心肌和骨骼肌。(D)M-CTR注射对照组(M-CTR)和popdc2(MO1-popdc2)组突变体发生室性早搏比较。(E)对照组和popdc2吗啉基突变注射组的平均心率结果,表明突变组心动过缓。A-E经许可后引自(30)。
为深入了解Popdc基因在哺乳动物中的作用,通过将β-半乳糖苷酶报告基因敲入Popdc1和Popdc2第一个编码外显子构建缺失突变体小鼠模型(10)。两种突变小鼠繁殖符合孟德尔规律,这提示无胚胎致死情况发生。通过LacZ报告基因,进一步分析Popdc1和Popdc2表达情况。两种基因均在心肌内高表达,但在心脏非肌肉细胞中均不表达(图4)(10)。在心脏传导系统(cardiacconductionsystem,CCS)中也可观察到这两种基因的高表达。窦房结(SAN)、房室结(AVN)、希氏束、浦肯野纤维经LacZ染色显著标记说明Popdc1和Popdc2均有高水平表达(图4)。此外,Popdc1和Popdc2的表达模式也不尽相同。特别是心室工作心肌中Popdc1表达水平明显低于心房,而Popdc2表达水平在两个心腔内近乎均等(图4)。
图4工作心肌和心脏传导系统(CCS)中的Popdc1和Popdc2基因表达。(A-D)成年Popdc2LacZ小鼠心脏的LacZ染色切片。(A)成年鼠心脏前向切片显示不同心腔的表达情况。(B-D)心室横向切片显示心室肌内高表达,(B,C)在冠脉血管(箭头)、心外膜(三角)以及瓣膜组织(D)不表达。(E-G)窦房结(sinoatrialnode,SAN)内Popdc2LacZ高表达。(E)LacZ和(F)乙酰胆碱酯酶染色处理的连续切片。(G)腔静脉横向切片显示SAN细胞高水平表达。(H-J)成年小鼠心脏希氏束(HB)中Popdc1(H)、HCN4(I)的免疫组化染色以及两种染色合并图(J)。注意:HB内表达水平相对较高,而工作心肌(workingmyocardium,WM)表达水平明显较低。(K,L)成年小鼠心脏Popdc1和Popdc2表达范围汇总图。两个基因在心脏传导系统均
强表达。(K)Popdc1在心房的表达水平高于心室。(L)Popdc2在心房和心室腔内均有稳定表达。(A-D)经许可后引自(3)。
Popdc1和Popdc2中出现的应激诱导型心动过缓
由于Popdc1和Popdc2基因在CCS中均高表达,可以在动物清醒时通过心电图分析去评价这些组织在两种基因敲除后的表型(10)。在遇到生理或者精神应激后,这些突变动物会发生窦性停搏导致心脏频率过快(图5)。而在基线条件下无心率差异和窦性停搏发生。
图5Popdc缺失突变小鼠出现年龄依赖性应激诱导型窦性心动过缓。Popdc1突变小鼠植入心电图遥测装置。然后接受一次5min游泳训练。(A)Popdc1–/–与野生型小鼠(wildtype,WT)在游泳训练前(绿)、中(蓝)、后(红)的心率(y轴),经每跳累积(x轴)指示;(B)游泳应激试验时Popdc1–/–和WT小鼠的心电图记录。星号表示P波。比例尺:ms。注意突变组小鼠的窦停事件较多;(C)WT和Popdc1–/–在小鼠游泳应激试验后30min内的窦停次数的年龄函数。基因型间差异*P0.05。注意:3月龄和6月龄两组间窦停次数无明显差异,但第8月龄两组差异明显。在Popdc2缺失突变鼠也可以观察到相同的表型。A-C经许可后引自(10)。
这种应激诱导型心动过缓让人联想到窦房结综合征(SSS)或窦房结病变(sinusnodedisease,SND),其表现为窦性心动过缓、窦性停搏和/或窦房传导阻滞,这是最常见的起搏器植入指征(31)。SSS在无明显心脏病变的老年人中发病率最高(32)。巧合的是,Popdc突变小鼠的窦性心动过缓也为年龄依赖型。在青壮年小鼠中(3个月)未观察到窦性心动过缓,5.5月龄时应激诱导的窦性停搏发生率增加,但只是在部分小鼠出现,到8个月时所有突变小鼠均因窦性停搏的过多而导致严重窦性心动过缓。
近来的研究将遗传性离子通道缺陷与家族性SSS患者联系起来,离子通道缺陷包括有钠离子通道SCN5A基因(33)、HCN4基因以及SAN细胞内编码超极化激活后产生“If”起搏电流的环核苷酸门控通道基因的突变等。两种Popdc缺失突变体均表现出的类似SSS表型说明,这些基因有可能是该病的新候选致病基因,在家系病例中也有可能存在这种突变。此外,HCN4和SCN5A均有可能与Popdc蛋白存在相互作用。但在基线水平或经8-Br-cAMP处理后的突变SAN细胞中的If并不受影响(10)。
通过确定Popdc蛋白在SAN起搏功能中的作用,有可能获得对心脏起搏的新认识且有助于揭示SSS的病因。心脏起搏包括自发性舒张性去极化,这与电压敏感性膜电流如超极化激活起搏电流If相关(图6)。If使膜去极化到一定水平会导致L型Ca2+通道开放并产生动作电位。支持If起主要作用的证据有HCN4突变患者基础心率减慢(34)以及给予If通道阻滞剂如伊伐布雷定可产生类似效应(35)。然而奇怪的是,HCN4点突变与基础心动过缓相关但却不影响运动时心率(36)。类似的,HCN4上的cAMP结合域的突变可致转基因小鼠胚胎致死表型,但在成年鼠中未发现应激诱导型心脏起搏的现象(37)。此外,心脏特异性突变小鼠和诱导性表达的人HCN4基因突变(该通道为缺失cAMP依赖调控HCN通道)并不影响锻炼时的心率调节作用(38)。特异性敲除SAN内HCN4的突变鼠中也有类似现象(39)。这被认为成年心脏的HCN4仅作为去极化储备而非应激反应时心率调节所必需。
图6Popdc蛋白可能是心脏起搏调节系统的一部分。这一类复杂的膜电压门控离子通道统称为膜钟(M-clock)和Ca2+钟,包括从肌质网通过鱼尼丁受体(RYR2)局部振荡性Ca2+释放以及SERCA2介导的再摄取组成,与Na-Ca2+交换体(HCX)相互交联,后者与局部Ca2+释放应答后产生内向钠电流。一些内向电流If和L-型、T-型Ca2+通道触发起搏细胞去极化,同时钾离子电流参与细胞的复极化。起搏细胞的一个独特性质是缺乏静息电位,这是由于超极化激活的环核苷酸门控(hyperpolarization-activatedcyclicnucleotide-gated,HCN)通道在超极化膜电位时开放所致。肾上腺素刺激导致起搏频率增快表现为心率增加。与cAMP结合后蛋白激酶A被激活,激活的PKA可以磷酸化磷蛋白和Ca2+通道,从而增加Ca2+内向电流和Ca2+摄取。此外,HCN通道内也有cAMP结合域。Popdc蛋白在其中的作用目前尚不清楚。尽管双孔钾通道TREK-1与Popdc1和Popdc2存在明确相互作用关系,但其在心脏起搏中的作用还未阐明。可能有其他蛋白(膜钟和Ca2+钟中的某些的通道或泵)也参与Popdc蛋白存在相互作用。生理性应激反应导致窦房结停搏是一重要发现,说明Popdc蛋白参与了对cAMP水平升高的起搏适应调节。CaMKII是这一复杂网络中的另一关键因素,它可以对起搏调节网络中的几个关键蛋白进行磷酸化。
起搏细胞内除了集中代表电压或膜钟的电压敏感性离子通道外还存在一种振荡机制。在窦房结细胞中可观察到肌质网自发的局部肌膜下Ca2+释放(localsubsarcolemmalCa2+release,LCR),并被称为Ca2+钟(图6)(40)。利阿诺定(ryanodine)治疗后出现心脏起搏减慢的现象证实了Ca2+钟的重要作用(41)。窦房结细胞的LCR不依赖于膜电压,它通过激活Na+-Ca2+-交换体(Na+-Ca2+-exchanger,NCX)促发净内向钠电流,从而将Ca2+钟和膜钟联系起来。肾上腺素刺激使蛋白激酶A活性增强,导致膜和电压钟内的一部分蛋白质磷酸化后活性发生变化。此外,已有研究显示,CaMKII或是参与应激时的起搏适应的另一种媒介因素(42)。未来的一个关键问题是弄清楚Popdc蛋白在应激诱导的心脏起搏适应中所起的作用。特别是要分析Popdc蛋白在膜钟和钙钟中的作用,这将有助于解释Popdc1和Popdc2缺失突变体出现的应激诱导型停搏现象。有可能Popdc蛋白与cAMP的结合是一个重要传入信号,调节复杂的起搏系统活动。
TREK-1是唯一明确与Popdc蛋白相互作用的离子通道(10)。TREK-1产生外向钾离子电流使细胞超极化,从而降低细胞兴奋性。现已完全明确TREK-1在神经元内维持静息电位上的作用,但它在脊椎动物心脏起搏中的作用尚未明确。TREK-1通道可降低窦房结细胞到达兴奋阈值的能力。Popdc1和Popdc2缺失应该导致TREK-1电流减小且窦房结兴奋性增加,但在两种突变小鼠中观察到的结果恰相反。因此Popdc突变个体的窦性停搏不能仅用TREK-1电流抑制解释,应该还存在其他尚未发现的相互作用蛋白。
结语
本综述着重于介绍Popdc基因家族在心脏中的作用。显然体内其他部位也有Popdc基因表达,说明其他器官同样也需要Popdc基因发挥功能(16)。事实上对果蝇(43)、非洲爪蟾(44)、斑马鱼(45)的Popdc1功能缺失分析结果表明,在原肠胚形成时期就需要该基因。现有的三个基因抑制研究均表明,该基因表达降低导致细胞迁移和上皮形成功能受损。但是由于实验中加入了反义寡核苷酸和吗啉基,因此也有可能出现脱靶效应。需要特别强调的是,在Popdc1突变小鼠并没有观察到早期胚胎致死现象(46)。然而我们目前的研究显示,这些基因在功能和表达上广泛重叠,这就可以解释为什么小鼠胚胎没有出现早期胚胎致死表型。果蝇仅有一个Popdc基因,因此可能解释为什么会出现早期胚胎致死表型。
Popdc基因在上皮形成中的作用也被Popdc1功能缺失致使紧密连接形成(47)和信号(20)受损的现象所证实。也有人提出,Popdc1缺失影响细胞迁移和细胞粘附,这可能是由两种因素导致,一是Popdc1与GEFT相互作用可以调节Rac1/Cdc42活性(48),二是参与了β-整合素介导的细胞粘附的Vamp3(49)。最近的报道与上述研究结果一致,启动子高甲基化沉默POPDC1和POPDC3与肠癌(50)和胃癌(6)相关。此外,POPDC1和POPDC3的异常表达严重影响到胃癌患者的生存率(51)。在非小细胞性肺癌患者中也发现了甲基化的POPDC1基因(52)。与胃癌患者的结果相似,在明确癌变转化细胞中,POPDC1的水平决定了肿瘤的进展,但高甲基化在癌前病变中不增高(53)。
一项心衰患者的Popdc基因表达水平研究表明,大部分患者特异性缺失POPDC1和POPDC3表达(17)。考虑到这些基因在心肌细胞兴奋调节上的重要作用,该基因在功能衰竭心脏中的表达缺失将增加发生心律失常、猝死风险,而事实上上述两种风险在心衰患者中普遍存在(54)。
我们对Popdc基因功能以及它与心律失常和肿瘤进展的相关的认识刚刚开始。继续确认其他的与Popdc相互作用蛋白非常重要,这将有助于揭开这一让人兴奋的基因家族的分子功能及其与心脏病的关系。
致谢
我们非常感谢德国研究理事会、医学研究理事会(theMedicalResearchCouncil,MRC)、英国伦敦帝国学院和马格迪亚雅各布研究基金会对本研究的资助。
声明
所有作者均无利益冲突。
点击《微波辐射测量：易损斑块的新型非侵入检测法》阅读上期连载内容。
《心血管领域新进展》一书内容丰富，涵盖了心血管内科与外科各领域的最新进展，包括介入医学(TAVR)、心力衰竭、心脏康复以及影像学技术(冠脉造影、心脏超声、IVUS、OCT、冠脉CT、MRI等)。除临床研究以外，基础研究领域的课题包括肺动脉高压中“hypoxamirs”的作用分析，缺氧微环境对心脏祖细胞的影响，骨髓细胞治疗方式在恰加斯病中的应用，Popdc基因在心率控制中的作用，血小板活性与氯吡格雷抵抗、以及HIV患者急性冠脉综合征的诊治分析。
联系电话：