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背景:MicroRNA(miRNA)是近年来发现的一类长约18-25nt的单链非编码小RNA,主要通过结合于靶基因的3’非翻译区抑制靶基因的翻译或导致mRNA降解,从而抑制靶基因的表达。MiRNA在许多生物学过程中发挥重要的调控作用,如细胞增殖,分化,凋亡,癌症发生以及各种心脏疾病等。最近研究表明miRNA参与调控心肌肥厚的多个方面包括心肌增殖,电传导和纤维化等。然而,miRNA是否参与心肌肥厚过程中心肌细胞骨架调控仍未见报道。
方法与结果:通过miRNA芯片和小RNA文库测序的方法,我们确定了心脏和骨骼肌特异的miRNA,microRNA-1(miR-1)是心脏表达丰度最高的miRNA。在心脏中,miR-1主要表达于心肌细胞,在心脏的其他细胞包括心肌成纤维细胞中仅有微量表达。为了研究miR-1在心肌肥厚中的作用,我们首先通过腹主动脉缩窄的方法构建了大鼠心肌肥厚模型。缩窄一周后,大鼠心脏明显肥厚,定量PCR和NorthernBlot结果表明miR-1在肥厚心肌组织中表达下调。在通过苯肾上腺素(PE)刺激诱导的体外心肌细胞肥大模型中,miR-1的表达同样发生下调。此外,在肥大的心肌细胞中过表达miR-1可减小细胞面积,并降低肥厚特异标志分子的表达水平,而在心肌细胞中抑制miR-1的功能则导致心肌细胞肥大。这些结果表明miR-1具有抑制心肌肥厚的功能。为了进一步探索miR-1抑制心肌肥厚的分子机制,我们通过生物信息学靶点预测,结合几种算法,确认了细胞骨架调控蛋白twinfilin-1是miR-1的一个潜在靶基因。过表达miR-1不仅可以降低包含twinfilin-13’非翻译区的报告基因的荧光素酶活性,并且可以降低内源性twinfilin-1的蛋白表达水平,说明twinfilin-1是miR-1的直接靶基因。此外,在心肌细胞中过表达miR-1也会导致twinfilin-1蛋白水平的降低,而抑制miR-1的功能会导致twinfilin-1蛋白水平的升高,说明在心肌细胞中,twinfilin-1的表达也受到miR-1的调控。相应地,在大鼠肥厚的心脏左室和苯肾上腺素诱导的肥大的心肌细胞中,twinfilin-1的蛋白表达水平升高。重要的是,在心肌细胞中过表达twinfilin-1可增大细胞面积,并促进肥厚特异标志分子的表达。
结论:我们的结果表明miR-1在心肌肥厚过程中表达下调,并证明了miR-1具有抑制心肌肥厚的作用。确认了在心肌肥厚过程中,细胞骨架调控蛋白twinfilin-1是miR-1的一个新的靶基因。我们首次报道了twinfilin-1在心肌肥厚中表达上调,并发现twinfilin-1具有促进心肌细胞肥大的作用。因此,我们推测心脏在受到肥厚性刺激后,miR-1表达水平的降低引起其靶基因twinfilin-1的表达上调,从而通过调控心肌细胞骨架导致心肌肥厚。我们的研究不仅有助于深入阐明miRNA调控心肌肥厚的分子机制,拓展对心肌疾病发生发展的认识,并为心肌疾病的治疗提供了新的理论依据和潜在靶点。