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肥厚型心肌病定量蛋白质组学及赖氨酸乙酰化、巴豆酰化、琥珀酰化 修饰组学探讨

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  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 论文字数:38425
  • 论文编号:el2022030415543829153
  • 日期:2022-03-04
  • 来源:上海论文网

医学论文哪里有?笔者认为HCM 患者心肌组织中赖氨酸乙酰化修饰、巴豆酰化修饰和琥珀酰化修饰的特征存在明显差异,三种酰基化修饰的调控机制可能不同。


第一部分 肥厚型心肌病患者心肌组织定量蛋白质组学研究


1.1 引言

肥厚型心肌病(Hypertrophic cardiomyopathy,HCM)是一种常见的单基因遗传性心血管系统疾病,目前认为,HCM 是导致青年和运动员发生心源性猝死(Sudden cardiac death, SCD)的主要原因[1]。HCM 主要由编码肌节的基因发生突变引起,自1989 年第一次发现 β-肌球蛋白重链(β-myosin  heavy  chain,MYH7)基因与 HCM相关[2],现已有近 30 个基因被报道与 HCM 的发病有关。MYH7 和肌球蛋白结合蛋白 C(Myosin binding protein C,MYBPC3)基因突变约占 HCM 阳性突变患者的 80%[3, 4]。在 HCM 致病机制研究方面,早期研究认为 HCM 致病基因突变导致肌节功能的丧失[5],而心肌肥大是心肌收缩力降低后出现的代偿表现[6]。但是代偿性心肌肥厚通常为对称性肥厚,而 HCM 心肌肥厚是非对称性的,因此该理论在解释 HCM 的发病机制上存在缺陷。Ashrafian 等人[7]提出 HCM 肌节基因的突变导致三磷酸腺苷(Adenosine  triphosphate,  ATP)利用效率低下,造成心肌的能量需求不断上升,进而使得心肌细胞出现功能障碍,表现为心肌细胞肥大。体外实验和动物模型研究同样表明,HCM 肌节蛋白基因的突变增强了心肌收缩功能和 Ca2+敏感性,导致心肌细胞能量耗竭[8]。这些研究结果表明,HCM 的发病机制可能涉及心肌能量供应不足。van Dijk 等人[9]发现,MYBPC3 基因突变的 HCM 患者心肌组织中肌球蛋白结合蛋白C 表达水平低于正常人,提示 HCM 的发病机制可能与单倍体剂量不足有关。目前,多个 HCM 致病机制假说虽然从不同角度对 HCM 复杂的病理生理机制进行了描述,但都不能完全阐明导致 HCM 发生的具体分子机制。蛋白质组学是在蛋白质水平上对疾病进行研究和分析,能更直观反应疾病的动态变化过程,对于深入了解疾病的发病机制能够提供巨大帮助。高通量蛋白质组学技术的发展和进步为探究疾病的致病机制提供了重要手段,借助蛋白质组学技术可以鉴定和筛选疾病相关的蛋白,明确疾病发展过程中的关键分子和信号通路。

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.2 材料与方法

1.2.1 实验材料

1.2.1.1  实验对象

选取接受改良扩大Morrow术治疗的HCM患者63例,其中33例患者携带MYH7基因突变,30 例患者为 MYBPC3 基因突变。患者超声心动图检查结果左室壁或室间隔的最大厚度≥15mm  作为 HCM 的诊断标准。排除标准:心肌继发性肥厚(主动脉狭窄、高血压等引起的)、HCM 拟表型或明显伴随其他疾病的患者[10]。在入院时采集 63 例 HCM 患者的外周血,分离白细胞后提取基因组 DNA 进行基因检测,具体检测方法、检测范围和深度等内容见既往研究[11, 12]。对八个肌小结基因(MYH7, MYBPC3, MYL2, MYL3,TNNT2, TNNI3, TPM1 和 ACTC1)上筛查到的变异,根据美国医学遗传学和基因组学学会(American  College  of  Medical  Genetics  and Genomics, ACMG)指南进行分类。按照 ACMG 标准判断为致病变异、可能致病变异或意义不明的变异在本研究中均认定为致病变异。本研究得到医院伦理委员会的批准。

收集上述 63 例 HCM 患者手术切除的心肌组织,迅速放入液氮中冻存。将 30例 MYBPC3 基因突变 HCM 患者心肌组织随机混合成 3 组,每组包含 10 份组织,标记为 M1-M3;33 例 MYH7 突变的患者心肌组织随机混合成 3 组,每组包含 10-12份组织,标记为 H1-H3。63 例 HCM 患者基本情况、分组情况和携带肌小结基因变异情况见附件中的附表 1-1。

取上述 6 组心肌组织混合作为实验组,标记为 HCM 组。对照组心肌组织来自 7例健康个体捐献的心脏组织,在心脏离体后迅速取材心肌组织,并放入液氮中保存。将 7 份心肌组织随机混合成 4 组,每组包含 1-2 份组织,做为对照组样品。

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第二部分 MYH7 基因突变与 MYBPC3 基因突变肥厚型心肌病患者心肌组织的比较蛋白质组学研究


2.1 引言

在多种遗传性心血管疾病中,肥厚型心肌病(Hypertrophic cardiomyopathy, HCM)是较为常见的一种。现已报道近 30 种基因与 HCM 的发病有关,其中两个最常见的致病基因是 MYH7 基因和 MYBPC3 基因,在 HCM 阳性突变患者中的检出率约为80%[44, 45]。MYH7 基因和 MYBPC3 基因编码的 β-肌球蛋白重链和心肌肌球蛋白结合蛋白是心肌细胞收缩功能的结构基础[46, 47]。HCM 临床研究表明,与 MYBPC3 基因突变的HCM 患者相比,MYH7 基因突变的HCM 患者更容易出现心脏流出道的梗阻,确诊年龄也更早[48],出现室性心动过速的频率和心脏传导系统障碍的发生率更高[49]。另有研究表明 MYH7 基因突变 HCM 患者常出现房颤、SCD 等恶性临床表型,预后较差[50,  51]。但是,两种不同基因突变的 HCM 患者表型差异的分子机制尚不清楚。本研究收集 33 例携带 MYH7 基因突变和 30 例携带 MYBPC3 基因突变的 HCM患者心肌组织,使用 TMT 标记定量蛋白质组学技术,分析两种基因突变 HCM 患者心肌组织蛋白表达谱的差异,探究携带 MYH7 与 MYBPC3 基因突变 HCM 患者表型差异的可能原因。


2.2 材料与方法

2.2.1 研究对象

本研究的实验组由第一章 1.2.1.1 样本采集部分的 30 例 MYBPC3 基因突变 HCM患者心肌组织样品混合成的 M1-M3 组构成,标记为 MYBPC3 组;对照组由 33 例MYH7 基因突变 HCM 患者心肌组织随机混合成的 H1-H3 组,标记为 MYH7 组。将MYBPC3 组与 MYH7 组样品进行 TMT 标记定量蛋白质组学分析。

2.2.2 研究方法

2.2.2.1 TMT 标记定量蛋白质组学分析

定量蛋白质组学分析实验步骤及实验操作方法同第一章 1.2.2.1 至 1.2.2.6。

2.2.2.2  筛选差异蛋白

与携带 MYH7 基因突变的 HCM 患者心肌组织蛋白表达水平相比,筛选MYBPC3 基因突变 HCM 患者心肌组织中蛋白表达量差异超过 1.5 倍的蛋白作为差异表达蛋白。

2.2.2.3  生物信息学分析

对差异表达蛋白进行 GO 富集分析、KEGG 通路富集分析和蛋白相互作用分析,具体分析方法及分析软件同第一章 1.2.2.7  生物信息学分析。 


第三部分 肥厚型心肌病患者心肌组织赖氨酸乙酰化、巴豆酰化和琥珀酰化修饰组学研究


3.4 讨论

目前,PTM 在各种疾病发病机制中的作用被越来越多的认识到,基于质谱的蛋白质组学技术也被用于分析各物种中乙酰化、巴豆酰化和琥珀酰化的蛋白质[85, 86]。然而,到目前为止,还没有关于 HCM 中的乙酰化修饰、巴豆酰化修饰和琥珀酰化修饰的研究报道。在本研究中,通过使用 TMT 标记定量蛋白质组学技术来研究 HCM患者心肌组织中的乙酰化、巴豆酰化和琥珀酰化蛋白表达谱。

通过蛋白质组学分析,发现 HCM 患者心肌组织中,246 个蛋白的乙酰化修饰水平发生改变,139 个蛋白的巴豆酰化修饰水平发生改变,89 个蛋白的琥珀酰化修饰水平改变。GO 和 KEGG 通路富集分析结果表明,差异修饰乙酰化、巴豆酰化和琥珀酰化蛋白可能在细胞中具有不同的功能。乙酰化蛋白可能在细胞呼吸和代谢过程中起重要作用,巴豆酰化蛋白主要参与心脏发育和肌肉收缩过程,琥珀酰化蛋白可能参与心肌肥厚的调控过程。亚细胞定位分析结果表明,乙酰化蛋白主要分布在线粒体中,而巴豆酰化和琥珀酰化蛋白主要分布在细胞质中,尤其是收缩纤维和超分子聚合物中。

(1)乙酰化蛋白主要与多种代谢途径有关

亚细胞定位分析结果表明,差异修饰乙酰化蛋白主要分布在线粒体,其次是细胞质。GO 富集分析结果同样表明,差异修饰乙酰化蛋白主要富集在线粒体中,主要包括线粒体基质和线粒体内膜等。在分子功能类别中,乙酰化蛋白在氧化还原酶活性、辅因子结合和辅酶结合等方面显著富集,提示差异修饰乙酰化蛋白可能主要参与多种催化反应及氧化还原反应。差异修饰乙酰化蛋白显著富集于细胞呼吸、羧酸代谢过程和氧酸代谢等过程,且 KEGG 通路富集分析结果显示,碳代谢通路、TCA循环通路、多种氨基酸的降解通路以及氧化磷酸化通路等多种物质代谢和能量代谢通路被差异修饰的乙酰化蛋白富集到,提示差异修饰乙酰化蛋白可能与多种代谢途径有关。Kac 已经被证明在多种生物的细胞代谢过程中发挥着不可替代的作用[87],本研究结果亦体现了相同的特点。在蛋白质的修饰位点数量统计中,差异修饰乙酰化蛋白的位点普遍多于巴豆酰化和琥珀酰化蛋白的修饰位点数量。一种蛋白质中存在多个赖氨酸酰基化修饰位点可能表明该蛋白具有多种功能[87]。因此,我们推测差异修饰乙酰化蛋白可能在细胞代谢中发挥更多至关重要的作用,提示 HCM 心肌细胞的代谢过程可能更为复杂。

参考文献(略)

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