心肌衰老中mtDNA甲基化的作用及分子机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91649106
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1101.循环与血液生理
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Increased cardiac vulnerability in aged heart is the leading cause of increased incidence of heart diseases and death among elderly population. Loss of mitochondrial homeostasis which includes the function, biogenesis, degradation and dynamics of mitochondria might be a major factor causing the degeneration of cardiac structure and function as well as the increase in cardiac vulnerability. However it remains unknown whether the mtDNA methylation alters during cardiac aging and affects mitochondrial homeostasis. Our preliminary data show that the level of DNMT1 in mitochondria was increased and the mRNA levels of mtDNA-encoded components of respiratory chain were decreased in aged mouse heart, indicating that the mtDNA methylation might regulate cardiac aging. Therefore we propose the hypothesis that mtDNA methylation elevates during cardiac aging, which then disturbs mitochondrial homeostasis and causes the degeneration of cardiac structure and function as well as the increase of cardiac vulnerability. In this study, we will draw the mtDNA methylation map during cardiac aging based on aging models at cellular and animal levels. By gene manipulation techniques, we will illustrate the molecular mechanisms by which mtDNA methylation regulates mitochondrial homeostasis and cardiac function. Moreover, we will verify our hypothesis by targeting mtDNA methylation in animal aging models and observe the changes of mitochondrial homeostasis and cardiac structure and function. This study shall reveal new mechanisms on how disturbance of mitochondrial homeostasis contributes to cardiac aging from a cutting-edge mitochondrial epigenetic view, and provide novel therapeutic targets for the prevention and treatment of aging-associated heart diseases.
衰老心脏心肌细胞易损性增加是老年人群心脏病发病和致死率增高的主要原因,而线粒体稳态(功能、生成、降解和动态变化)失衡可能是导致心肌结构和功能衰退及易损性增加的重要因素,但心肌衰老中mtDNA甲基化是否发生改变并影响线粒体稳态尚无报道。近期我们发现衰老小鼠心肌线粒体中DNA甲基转移酶1显著升高,同时mtDNA编码的呼吸链亚基mRNA水平显著降低,提示mtDNA甲基化可能调控心肌衰老。我们据此假设:心肌衰老中mtDNA甲基化水平增高,影响线粒体稳态,使心肌结构和功能失常及易损性增加。本课题将利用细胞和动物的衰老模型绘制心肌衰老中的mtDNA甲基化图谱;并采用基因操作技术阐明mtDNA甲基化影响线粒体稳态和心肌功能的分子机制;最后通过靶向调控mtDNA甲基化确认其影响线粒体稳态进而调控心肌衰老的研究假设。本课题有望从线粒体表观遗传学角度揭示心肌衰老的新机制,并为衰老相关心脏病的防治提供新靶点。

结项摘要

近年来表观遗传学在衰老及代谢紊乱相关疾病的研究中得到了广泛关注。线粒体作为细胞的能量工厂,其稳态失衡是导致衰老及代谢紊乱相关疾病的重要因素,但mtDNA甲基化是否影响线粒体稳态尚待阐明。在本课题中,我们发现mtDNA甲基化能够通过调控线粒体稳态,参与衰老相关心肌重塑及代谢紊乱疾病。本课题取得的主要研究进展如下:(1)明确mtDNA甲基化能够调控线粒体稳态。在棕榈酸诱导的ROS升高和线粒体稳态失衡模型中,发现DNMT1的线粒体定位增多,mtDNA多个区域的甲基化程度升高,同时mtDNA编码基因转录水平降低;线性相关分析发现mtDNA甲基化频率与mtDNA编码基因的转录水平以及线粒体复合物活性呈负相关;(2)发现mtDNA甲基化参与调控心肌衰老和衰老相关代谢紊乱。在高脂饮食诱导的代谢紊乱小鼠中得到单碱基分辨率的mtDNA甲基化图谱,在衰老小鼠和AngⅡ诱导的心肌肥大模型小鼠的心肌线粒体中发现DNMT1的线粒体定位增多,同时mtDNA编码基因转录水平降低;(3)明确参与mtDNA甲基化调控的主要分子为DNMT1,发现DNMT1过表达后其线粒体转位增多,通过调控mtDNA的甲基化水平进一步调节mtDNA编码基因转录水平及线粒体功能;(4)发现AMPK可能作用于DNMT1上游,通过促进DNMT1的线粒体转位调控mtDNA甲基化;(5)筛选调控mtDNA甲基化的功能分子,发现羟基酪醇可能通过调节mtDNA COX2基因的甲基化水平改善线粒体复合物Ⅳ的活性。.综上所述,本课题从线粒体表观遗传学角度揭示了线粒体稳态失衡参与心肌衰老和衰老相关代谢紊乱的新机制,并为衰老相关代谢综合征和心脏病的防治提供了新靶点,较好地丰富了衰老的自由基和线粒体理论。.

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Aqueous extract of Houttuynia cordata ameliorates aortic endothelial injury during hyperlipidemia via FoxO1 and p38 MAPK pathway
鱼腥草水提取物通过 FoxO1 和 p38 MAPK 通路改善高脂血症期间的主动脉内皮损伤
  • DOI:
    10.1016/j.jff.2019.103510
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    Journal of Functional Foods
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Liu Xuyun;Cao Ke;Lv Weiqiang;Liu Jing;Gao Jing;Wang Yan;Qin Chuan;Liu Jianshu;Zang Weijin;Liu Jiankang
  • 通讯作者:
    Liu Jiankang
Proinflammatory macrophages impair skeletal muscle differentiation in obesity through secretion of tumor necrosis factor-alpha via sustained activation of p38 mitogen-activated protein kinase
促炎性巨噬细胞通过持续激活 p38 丝裂原激活蛋白激酶分泌肿瘤坏死因子-α,从而损害肥胖患者的骨骼肌分化
  • DOI:
    10.1002/jcp.27012
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Cellular Physiology
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Wang Xueqiang;Zhao Daina;Cui Yajuan;Lu Shemin;Gao Dan;Liu Jiankang
  • 通讯作者:
    Liu Jiankang
Punicalagin attenuates endothelial dysfunction by activating FoxO1, a pivotal regulating switch of mitochondrial biogenesis
安石榴苷通过激活 FoxO1(线粒体生物发生的关键调节开关)来减轻内皮功能障碍
  • DOI:
    10.1016/j.freeradbiomed.2019.03.011
  • 发表时间:
    2019-05-01
  • 期刊:
    FREE RADICAL BIOLOGY AND MEDICINE
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Liu, Xuyun;Cao, Ke;Liu, Jiankang
  • 通讯作者:
    Liu, Jiankang
Mutation signatures in germline mitochondrial genome provide insights into human mitochondrial evolution and disease
种系线粒体基因组中的突变特征提供了对人类线粒体进化和疾病的见解
  • DOI:
    10.1007/s00439-019-02009-5
  • 发表时间:
    2019-06-01
  • 期刊:
    HUMAN GENETICS
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Gu, Xiwen;Kang, Xinyun;Liu, Jiankang
  • 通讯作者:
    Liu, Jiankang
SIRT3/SOD2 maintains osteoblast differentiation and bone formation by regulating mitochondrial stress.
SIRT3/SOD2 通过调节线粒体应激维持成骨细胞分化和骨形成。
  • DOI:
    10.1038/cdd.2017.144
  • 发表时间:
    2018-03
  • 期刊:
    Cell death and differentiation
  • 影响因子:
    12.4
  • 作者:
    Gao J;Feng Z;Wang X;Zeng M;Liu J;Han S;Xu J;Chen L;Cao K;Long J;Li Z;Shen W;Liu J
  • 通讯作者:
    Liu J

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  • 通讯作者:
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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