病理性心肌肥厚是心脏抵抗病理性刺激时发生的一种适应性改变，表现为心肌细胞体积的增大和细胞间质增加，并伴有心肌细胞凋亡和坏死，如果这一系列改变不能在短时间内得到改善，将会导致适应性不良的心室重塑，最终导致心力衰竭的发生。巴豆酰化修饰是一种蛋白质赖氨酸的翻译后修饰方式，在生理和病理状态下都对细胞功能起着重要的调节作用。组蛋白的巴豆酰化修饰能够影响染色质结构和组蛋白替代反应。然而，对于非组蛋白巴豆酰化修饰作用的了解还相对较少，特别是非组蛋白巴豆酰化的修饰在病理性心肌肥厚中的作用尚不明确。
2024年9月4日，青岛大学转化医学院王昆教授团队和哈尔滨医科大学附属第二医院田进伟教授团队在Circulation Research上合作发表了题为“Crotonylation of NAE1 modulates cardiac hypertrophy via Gelsolin neddylation”的研究论文，揭示了非组蛋白NAE1的巴豆酰化修饰在调控病理性心肌肥厚过程中的作用及分子机制，为相关疾病的治疗提供了新的思路及靶点。
首先，研究者对主动脉弓狭窄(TAC)诱导的心肌肥厚小鼠模型的心肌组织进行了巴豆酰化修饰组学分析，鉴定了NAE1赖氨酸(K) 238位点的修饰在心肌肥厚样本中明显上调。通过巴豆酰化修饰泛抗体及NAE1抗体在小鼠的肥厚心肌组织、肥厚性心肌病病人的心肌样本及AngII诱导的肥大心肌细胞中验证了NAE1 K238位点修饰的升高。此外，通过构建NAE1 K238位点的特异抗体及K238位点的两个突变体，包括行精氨酸(K238R)突变及谷氨酰胺(K238Q)突变分别模拟巴豆酰化失活和激活状态的两个突变体进一步证实了NAE1 K238位点修饰的上调与病理性心肌肥厚的相关性。
为了进一步研究NAE1 K238巴豆酰化修饰位点在体内的功能，研究者分别构建了NAE1的K238R和K328Q两种突变小鼠。与TAC手术后的WT小鼠相比，NAE1 K238R突变小鼠在心脏大小、心脏重量/体重比、心肌细胞的横截面积、心肌纤维化程度和肥大基因的表达都有了不同程度的降低，同时心脏功能得到了改善。此外，K328Q突变小鼠与WT小鼠相比明显增强了AngII诱导的心肌肥厚的效应。这些结果表明，NAE1 K238位点巴豆酰化修饰的缺失可以抑制病理性心肌肥厚的进展，而K238位点巴豆酰化修饰的激活具有促进心肌肥厚的效应。
NAE1为NEDD8激活酶E1的调节亚基，为了阐明NAE1 K238巴豆酰化修饰调控心肌肥厚的作用机制，研究者利用NEDD8抗体对野生型及K238R和K238Q两个突变小鼠的心肌组织行免疫沉淀后进行质谱检测分析筛选到在K238Q小鼠心肌中NEDD8富集程度最显著的Gelsolin (GSN)。通过免疫沉淀发现NAE1的K238R突变降低了GSN的类泛素化修饰，而K238Q突变增加了GSN的类泛素化修饰，提示NAE1 K238的巴豆酰化修饰影响了GSN的类泛素化修饰水平。进一步通过Dot-blot及蛋白稳定性的鉴定确认了NAE1 K238位点的巴豆酰化修饰可以通过影响GSN的类泛素化修饰进而影响GSN的稳定性及表达。
综上，该研究揭示了NAE1的巴豆酰化修饰在病理性心肌肥厚中的作用。NAE1 K238的巴豆酰化修饰可通过调控GSN的类泛素化修饰影响其蛋白的稳定性及表达，进而通过影响肌动蛋白的解聚活性及细胞骨架的重塑参与病理性心肌肥厚的进展，为心力衰竭的治疗提供新的思路与潜在靶点。
该研究由青岛大学王昆教授和哈尔滨医科大学第二附属医院田进伟教授合作完成。青岛大学转化医学院博士生鞠杰及王凯为该文章共同第一作者。该工作得到国家自然科学基金、中央引导地方科技发展资金、青岛市科技惠民重点项目资助。
原文链接：
https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCRESAHA.124.324733
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