Post-transcriptional mechanisms of gene regulation in cardiac cell growth and development

心肌细胞生长发育中基因调控的转录后机制

基本信息

项目摘要

I. ABSTRACT Heart disease remains the leading cause of death in the United States. Despite what we know about the risk factors associated with heart disease, the molecular mechanisms are still largely unknown. The healthy adult heart is unique from other tissues in that the rate of protein synthesis is dramatically lower than in most tissues and lower than the developing heart. However, during cardiac hypertrophy, translation rates increase. This suggests a tissue-specific mechanism for regulating translation rates in the mammalian heart. Our lab has identified a mechanism by which total protein synthesis in cardiomyocytes is decreased during development through shortening of poly(A) tails, leading to a decrease in polysome formation through the closed-loop model of translation. This regulation is reversed during both physiologic and pathologic hypertrophy when the translation needs of cardiomyocytes are increased. Also, we have discovered that the nuclear poly(A) binding protein (PABPN1) is post-transcriptionally silenced in mammalian adult cardiac and skeletal muscle but it becomes re-expressed in pathologic cardiac hypertrophy. PABPN1 is a regulator of alternative polyadenylation (APA) and poly(A) tail length, both of which can influence the translation of transcripts. Our central hypothesis is that PABPN1 is dynamically regulated in cardiac myocytes to tune translation rates and suite growth needs through a polyadenylation dependent mechanism. The objective of this proposal is to elucidate the exact function(s) of PABPN1 in cardiac development and growth and identify how PABPN1 is regulated during these conditions. Aims 1 and 2 will use conditional PABPN1-knockout and overexpressing mice to determine the physiologic roles of PABPN1 in cardiac development and hypertrophy while defining the molecular basis of PABPN1 activity and its role in determining cardiac-specific gene expression programs. In Aim 3, we will use super-resolution microscopy, CRISPR-Cas9 mediated genome editing, and RNA antisense-oligo pulldown approaches to identify the regulatory mechanism(s) and factors that post-transcriptionally silence PABPN1 during cardiac development.
I.摘要 心脏病仍然是美国死亡的主要原因。尽管我们知道 与心脏病相关的危险因素,分子机制仍然在很大程度上未知。健康 成人心脏与其他组织是独一无二的,因为蛋白质合成的速率大大低于大多数 组织,低于发育中的心脏。但是,在心脏肥大期间,翻译率会增加。 这表明一种组织特异性的机制,用于调节哺乳动物心脏的翻译率。我们的实验室有 确定了一种机制,通过该机制,在发育过程中,心肌细胞中总蛋白质合成降低 通过缩短聚(a)尾巴,从而通过闭环模型减少多元体组形成 翻译。当生理和病理肥大期间,这种调节在 心肌细胞的翻译需求增加。另外,我们发现核电(a)结合 蛋白质(PABPN1)在哺乳动物的成人心脏和骨骼肌中在转录后沉默,但 在病理心脏肥大中重新表达。 PABPN1是替代聚腺苷酸化的调节剂 (APA)和poly(a)尾巴长度,两者都会影响转录本的翻译。我们的中心假设 是在心肌细胞中动态调节PABPN1以调整翻译率和套件的增长需求 通过依赖于聚腺苷酸化的机制。该提议的目的是阐明 PABPN1在心脏发展和生长中的功能,并确定在这些过程中如何调节PABPN1 状况。目标1和2将使用条件PABPN1敲除和过表达的小鼠来确定 PABPN1在心脏发育和肥大中的生理作用,同时定义分子基础 PABPN1活性及其在确定心脏特异性基因表达程序中的作用。在AIM 3中,我们将使用 超分辨率显微镜,CRISPR-CAS9介导的基因组编辑和RNA反义 - oligo pollldown 确定调节机制和转录后沉默PABPN1的因素的方法 在心脏发展期间。

项目成果

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Deregulation of RNA Metabolism in Microsatellite Expansion Diseases.
微卫星扩增疾病中 RNA 代谢失调。
  • DOI:
    10.1007/978-3-319-89689-2_8
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Misra,Chaitali;Lin,Feikai;Kalsotra,Auinash
  • 通讯作者:
    Kalsotra,Auinash
Impaired Mitochondrial Energy Production Causes Light-Induced Photoreceptor Degeneration Independent of Oxidative Stress.
  • DOI:
    10.1371/journal.pbio.1002197
  • 发表时间:
    2015-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Jaiswal M;Haelterman NA;Sandoval H;Xiong B;Donti T;Kalsotra A;Yamamoto S;Cooper TA;Graham BH;Bellen HJ
  • 通讯作者:
    Bellen HJ
RNA modifications and structures cooperate to guide RNA-protein interactions.
Alternative splicing rewires Hippo signaling pathway in hepatocytes to promote liver regeneration.
  • DOI:
    10.1038/s41594-018-0129-2
  • 发表时间:
    2018-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.8
  • 作者:
    Bangru S;Arif W;Seimetz J;Bhate A;Chen J;Rashan EH;Carstens RP;Anakk S;Kalsotra A
  • 通讯作者:
    Kalsotra A
Complementary Oligonucleotide Conjugated Multicolor Carbon Dots for Intracellular Recognition of Biological Events.
  • DOI:
    10.1021/acsami.0c02463
  • 发表时间:
    2020-04-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Srivastava I;Misra SK;Bangru S;Boateng KA;Soares JANT;Schwartz-Duval AS;Kalsotra A;Pan D
  • 通讯作者:
    Pan D
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