蛋白連連看,揭示激酶GSK3是心肌纖維化的關鍵靶點

景傑學術/報導

心血管疾病作為一種全球流行性疾病，每年會在世界範圍內造成1770萬人死亡。肥大型心肌病（HCM）是最常見的遺傳性心臟病。心肌纖維化是HCM的一個特徵，被認為是導致快速心律失常和心力衰竭的主要因素，其特徵是心肌成纖維細胞過度增殖、肌成纖維細胞活化和纖維細胞外基質（ECM）蛋白沉積增加。靶向心肌纖維化是備受關注的治療幹預方式，然而，驅動纖維化進展的潛在分子信號機制仍然有待研究。

近日，來自加拿大和美國的研究人員在國際期刊Nature Biomedical Engineering（IF=18.95）上發表了最新研究成果。研究應用磷酸化修飾組學技術，通過監測心臟不同纖維化來源的樣本，鑑定出心臟纖維化的關鍵激酶——GSK3，其抑制劑GW806290X被證實能夠有效改變纖維化重塑過程。

研究者首先收集了纖維化表型的源於hiPSCs心肌細胞的cardiac Biowire樣本、臨床病人來源的樣本以及鼠源的心肌肥大樣本（樣本策略），運用基於TMT標記的蛋白質組學和磷酸化組學定量技術（質譜策略）進行了分析。

圖1 蛋白質組研究策略

研究定量到cardiac Biowire結構中的6587個蛋白質和5500個磷酸化蛋白，患者樣本中的4185個蛋白質和3594個磷酸化蛋白，以及小鼠心臟組織中的3630個蛋白質和2031個磷酸化蛋白。接下來，研究者將蛋白質組學和磷酸化修飾組學的數據進行匯總，分析表明cardiac Biowire 樣本的差異蛋白和差異磷酸化位點顯示出更加一致和更加明顯的變化（圖2b和2c）。

圖2 蛋白質組學和磷酸化修飾組學的數據集比較

研究者進一步對不同數據集的差異蛋白和磷酸化蛋白質進行生物信息學分析，發現cardiac Biowire樣本與另外兩個樣本GO和KEGG的重合度較高（圖3）。通過激酶的Motif分析，從這三個樣本組中存在的常見基序中確定了對心臟收縮、代謝和信號傳導級聯至關重要的激酶，包括PKA，CAMKII，ERK1/2，PKC，CK2，CDK5和GSK3。之後，研究者從中聚焦到激酶GSK3，並通過功能實驗證實其小分子抑制劑（GW806290X）可有效改變心肌纖維化的重塑過程。

圖3 不同樣本來源的數據集信號通路的比較

綜上所述，該研究應用蛋白質組學和磷酸化修飾組學技術，對患者外植體、TAC小鼠模型和cardiac Biowire組織進行分析，深入了解心臟纖維化的分子途徑和因子，證實GSK3是心臟纖維化的關鍵激酶，其抑制劑GW806290X被證實能夠有效改變纖維化重塑過程。

更重要的是，本研究結合現代生物工程、蛋白質組學和計算技術開發了一種多管齊下的方法，可用於重複表徵潛在療法及其對中央心臟信號通路的影響。因此，該方法除可用於研究心臟纖維化之外，還可以通過適當的修改潛在地應用於研究各種其他心臟疾病和其他病理中。

參考文獻：

1. Kuzmanov U,et al., 2020. Mapping signalling perturbations inmyocardial fibrosis via the integrative phosphoproteomic profiling of tissuefrom diverse sources.Nature Biomedical Engineering.