蛋白质精氨酸甲基转移酶PRMT7在小鼠肺发育中的功能及机制研究

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肺泡化是肺发育的最后阶段,在这一阶段肺泡隔大量形成,肺内气体交换面积成千上万倍增加。肺泡化异常是很多严重疾病的重要特征,比如支气管肺发育不良(BPD)、慢性阻塞性肺病(COPD)等,它严重影响个体生存质量甚至威胁个体生命。蛋白质精氨酸甲基转移酶(PRMT)是一类重要的表观遗传修饰因子,PRMT7是其重要成员之一,通过催化组蛋白或非组蛋白的甲基化PRMT7参与基因转录调节、mRNA剪辑、细胞分化及基因印迹等生物学过程。通过调控基因表达,表观遗传修饰在组织器官的发育过程中发挥着重要作用,但是有关表观遗传修饰在肺发育中的功能仍知之甚少。本文通过对Prmt7敲除小鼠的研究发现,PRMT7在小鼠肺发育的肺泡化阶段发挥着重要的作用。  通过对Prmt7敲除小鼠的研究,我们发现Prmt7全身敲除不影响小鼠的胚胎存活,但是全身敲除小鼠体型明显变小,并且大部分出生后1周内死亡,说明PRMT7在小鼠个体发育中发挥着重要作用。对小鼠进行组织切片分析,我们发现出生后6天的Prmt7全身敲除小鼠脑组织出现明显的脑积水表型,肠组织出现明显的空泡化。对小鼠肺组织进行细致分析,我们发现与野生型相比Prmt7全身敲除小鼠在胚胎18.5天及出生后2天并无明显差异,但出生后6天有明显的肺泡化受阻、肺泡变大的表型。  为了探究PRMT7缺失是如何引起肺泡化的异常,我们对参与肺泡化过程的上皮细胞、血管内皮细胞以及肌成纤维细胞分别进行免疫染色分析,结果我们发现上皮细胞和血管内皮细胞的分化并无明显异常,而在肺泡化过程中分泌弹性纤维为次级隔向上生长提供动力的肌成纤维细胞的数目显著减少。接下来,我们分别培育了上皮细胞和间质细胞特异性敲除Prmt7小鼠,结果我们发现肺上皮细胞敲除Prmt7小鼠肺泡化过程并无明显改变,而间质细胞敲除Prmt7小鼠肺泡化明显受阻、肌成纤维细胞和弹性纤维显著减少。这表明肌成纤维细胞数目的显著减少是由肺间质细胞自身引起的。通过增殖和凋亡检测,我们发现Prmt7全身敲除小鼠肌成纤维细胞的增殖水平显著下降而凋亡水平并无明显变化。  为了探究PRMT7是如何通过调控基因表达参与小鼠肺泡化过程的,我们设计了RNA-seq实验以筛选野生型与Prmt7全身敲除小鼠基因表达谱的差异。我们发现Prmt7全身敲除小鼠增殖相关基因Foxm1及其靶基因的转录水平显著下降,Western blot检测显示Foxm1的蛋白水平也显著下降。在体外分离的Prmt7全身敲除小鼠肌成纤维细胞中过表达Foxm1能明显挽救增殖抑制的表型。染色质免疫共沉淀结果显示,PRMT7直接结合在Foxm1的启动子区,修饰其启动子区的H4R3mm修饰,参与Foxm1的转录调控。  此外,我们发现在出生后3天的Prmt7全身敲除小鼠肺组织中肌成纤维细胞前体标记物PDGFRα表达水平升高而肌成纤维细胞标记物α-SMA表达水平明显下降。进一步研究发现,在肌成纤维细胞分化中发挥重要作用的TGFβ信号通路在Prmt7/-小鼠肺组织中被明显抑制,TGFβ配体基因的转录水平明显下调。这些结果表明,PRMT7缺失抑制了肌成纤维细胞的分化。  综上所述,PRMT7通过调控FOXM1以及TGFβ1/2/3的表达参与肌成纤维细胞的增殖和分化,维持小鼠的正常肺泡化过程。
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