β-肌球蛋白R403Q突变致心肌收缩功能改变的多模型分子机制研究

《Journal of Molecular and Cellular Cardiology》：Molecular mechanisms of altered contraction with the β-myosin R403Q mutation in porcine ventricular muscle and a human stem cell-derived cardiomyocyte model

本文推荐一篇深入探讨肥厚型心肌病（HCM）相关β-肌球蛋白重链（β-MHC）R403Q突变分子机制的研究。作者通过猪心室肌及人诱导多能干细胞来源心肌细胞（hiPSC-CMs）两种模型，结合X射线衍射、超分辨显微技术及分子动力学模拟，揭示突变导致肌丝结构紊乱、肌球蛋白头易活化（ON状态增多）及ADP敏感性下降等机制，阐明了高收缩性（hypercontractility）与弛缓延迟的分子基础，为HCM病理机制提供了多维度证据。

　　

Highlight

本研究通过多学科方法揭示了R403Q突变导致心肌高收缩性和弛缓延迟的分子机制，结合猪模型和人干细胞模型提供了机制新见解。

Effect of the R403Q mutation on myosin populations in relaxed porcine ventricular muscle

在松弛的猪心室肌中，脱离粗肌丝主干（backbone）的肌球蛋白头具有更高的ATP酶活性，组成了易于参与横桥形成和收缩循环的肌球蛋白储备池。我们采用两种方法研究R403Q突变对这一群体的影响：低角度X射线衍射和超分辨单分子荧光显微镜。这些实验使用了1月龄幼年R403Q尤卡坦小型猪的组织，此阶段尚未出现明显肥厚，从而聚焦于突变本身的早期分子效应。

Discussion

本研究采用多种生物物理、生化和计算方法，旨在理解含有MYH7 R403Q突变的心肌收缩功能改变的详细分子机制，并解决文献中看似矛盾的结果[[5], [6], [7]]。我们使用了两种自然条件下主要表达MYH7的模型系统：尤卡坦小型猪模型和人诱导多能干细胞来源的心肌细胞（hiPSC-CM）模型，均为杂合型R403Q。我们的数据表明，R403Q突变通过增加易于参与收缩的肌球蛋白头比例（可能与肌球蛋白从粗肌丝主干上招募增加有关），以及通过改变肌动蛋白-肌球蛋白结合界面动力学从而减慢横桥循环，共同导致了高收缩性和弛缓减慢。这些机制在猪和人类细胞模型中均得到证实，强调了其在物种间的保守性。

Grants

本研究使用了华盛顿大学转化肌肉研究中心的资源，该中心由美国国立卫生研究院（NIH）下属国家关节炎、肌肉骨骼及皮肤疾病研究所（National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases）资助，奖项编号P30AR074990（M. Regnier）。本研究使用了先进光子源（Advanced Photon Source）的资源，这是美国能源部（DOE）科学办公室的用户设施，由阿贡国家实验室根据合同号DE-AC02-06CH11357为DOE科学办公室运营。BioCAT由美国国立卫生研究院（NIH）国家普通医学科学研究所（National Institute of General Medical Sciences）资助，奖项编号P30 GM138395。

Disclosures

M.R.披露他是StemCardia, Inc.的联合创始人和股权持有人，并且是KineaBio, Inc.的股权持有人。W.M.为Edgewise Therapeutics、Cytokinetics Inc.和Kardigan Bio提供咨询，但此活动与当前工作无关。

CRediT authorship contribution statement

Sonette Steczina: 写作 – 审阅和编辑，写作 – 初稿，方法论，研究，形式分析，数据管理。 Saffie Mohran: 写作 – 审阅和编辑，写作 – 初稿，验证，方法论，研究，形式分析，数据管理。 Matthew C. Childers: 写作 – 审阅和编辑，写作 – 初稿，验证，软件，方法论，研究，形式分析，数据管理。 Timothy S. McMillen: 研究，形式分析，数据管理。

Acknowledgments

作者感谢Thomas Irving博士和Corrado Poggesi博士对本项目的积极讨论。作者感谢华盛顿大学干细胞与再生医学研究所的Ellison干细胞核心设施，以及Nathan Sniadecki博士和Alex Goldstein（华盛顿大学）在工程化心脏组织方面的技术支持。