BK通道通过线粒体损伤调控骨骼肌退变的机制研究
批准号:
82071575
项目类别:
面上项目
资助金额:
56.0 万元
负责人:
高艳虹
依托单位:
学科分类:
衰老相关疾病
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
高艳虹
中文摘要
肌少症发病机制尚未完全阐明,并缺少有效的实验动物模型。课题组前期研究发现,骨骼肌特异性敲除BK通道的小鼠(CKO鼠)肌肉含量和肌力降低,病理显示肌纤维水肿,线粒体明显肿胀、嵴消失。与肌少症相似。进一步研究显示,CKO鼠成肌细胞的线粒体活性氧(ROS)生成增加,呼吸链复合体III的活性下降,RNA-Seq结果显示复合体III的核心亚基UQCRC2表达下降。故提出假说:BK通道通过与UQCRC2作用影响呼吸链复合体活性,引起ROS增多,损伤线粒体,导致肌肉功能退变。本项目拟通过以上CKO小鼠和成肌细胞为主要研究对象,采用病理学、分子生物学、电生理学等多种研究方法,在分子、细胞和整体水平验证假说,阐明BK通道在骨骼肌退变中的作用和机制,探讨BK开放剂的治疗作用。为肌肉退行性病变的机制提出新观点,为肌少症研究提供潜在药物筛选靶标和动物模型。
英文摘要
The underlying mechanism of sarcopenia has been poorly illustrated and there has been none well-accepted animal model of muscle mass loss. Our group found that conditioned knockout the expression of large conductance calcium activated potassium channels (BK channels) in skeletal muscle in mice lead to the decreased muscle mass and strength, muscle fiber pathologically swelling along with the mitochondria swelling and loss of ridge under electronic microscope. Furthermore, we found that in BK channels deficient myoblasts, the production of mitochondrial reactive oxygen species (ROS) significantly increased, the activity of mitochondrial respiratory china complex Ⅲ decreased and the critical component of mitochondrial respiratory china complex Ⅲ, Ubiquinol cytochrome c reductase core protein 2 (UQCRC2) down-expressed revealed in RNA-seq. Thus, we suppose that the dysfunction of skeletal muscle is contributed to the ROS-injured mitochondria in which the excess ROS is produced by interaction between BK channels and UQCRC2. This project aims to illuminate the mechanism of BK channels in skeletal muscle degeneration using BK channels deficient myoblasts and conditioned knockout mice with pathological, molecular biological, electrophysiological research approaches. Our project will provide a new view in BK channels involved muscle degeneration and testify whether the BK channels stimulator can alleviate or reverse muscle disorder. Hopefully, BK channels will be a potential treatment target and the genetic knockout mice will be a helpful model for sarcopenia researches.
Slo1基因作为钾离子通道家族的一员,其在骨骼肌功能中的作用尚不完全明确。本项目研究了Slo1基因在骨骼肌发育、成肌细胞分化及肌肉功能中的作用,探讨了Slo1缺失对肌肉组织结构和功能的影响。.我们成功构建了骨骼肌特异性敲除Slo1基因的小鼠(CKO鼠)模型,发现CKO小鼠的肌肉力量(抓握力)和耐力明显下降。组织学检查显示CKO小鼠的骨骼肌纤维水肿,透射电镜下可见肌原纤维间距增宽、线粒体肿胀等病理变化。在CKO小鼠的原代成肌细胞和C2C12细胞系中,Slo1低表达显著降低了成肌细胞的融合指数和肌管直径,MYH3等成肌分化标志物的表达也明显下降。此外,Slo1缺失还影响了成肌细胞的增殖能力和线粒体功能,表现为线粒体膜电位降低和ROS水平升高。转录组分析提示,这些变化可能与Uqcrc2等基因的影响有关。.进一步研究发现,Slo1缺失显著抑制了慢肌纤维的形成能力。慢肌纤维标志物MYH7的表达下降,而快肌纤维标志物MYH4的表达上升,表明Slo1在调控慢肌纤维发育中发挥重要作用。转录组分析显示,CKO小鼠中差异表达的基因主要涉及细胞粘附、肌肉收缩和血管平滑肌收缩等过程,且与细胞外基质和膜蛋白相关基因富集。GSEA分析显示,肌肉细胞分化和肌肉收缩相关基因在CKO小鼠中被强烈诱导。.在分子机制方面,Slo1缺失抑制了FAK的激活,FAK敲低实验显示,FAK缺失显著降低了成肌细胞的分化能力。免疫共沉淀实验表明Slo1与FAK直接结合,提示Slo1通过与FAK相互作用,调控PI3K-Akt信号通路,影响成肌分化过程。同时,NFAT通路在慢收缩纤维形成中起关键作用。GSEA分析发现,NFAT通路调控基因在CKO小鼠中被显著诱导,NFATc2和NFATc3的表达下降,Rcan1、Myoz1等基因的表达上升。进一步实验表明,Slo1缺失显著抑制了成肌细胞中的NFAT信号活性。.本项目揭示了Slo1在成肌细胞分化、肌肉修复和再生中的关键作用,发现Slo1通过与FAK相互作用影响PI3K-Akt信号通路,并通过NFAT信号通路抑制慢收缩纤维的形成。研究为肌肉发育、修复及相关疾病的治疗提供了理论依据,也为临床肌肉再生干预策略提供了潜在靶点,具有重要的基础生物学意义。
雌激素受体在Wnt-3a诱导间充质干细胞成骨分化过程中的作用
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批准号:81101360
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:22.0万元
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批准年份:2011
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负责人:高艳虹
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依托单位:
国内基金
海外基金