研究人员针对先天性心脏病背后的蛋白质和通路

北卡罗来纳大学医学院、 北卡罗来纳大学麦卡利斯特心脏研究所和 北卡罗来纳大学莱恩伯格综合癌症中心的研究人员 对胚胎心脏发育的八个关键阶段中数千种心脏蛋白的表达进行了表征。

这项 发表在 Development Cell上的研究将为科学家提供急需的信息，以确定先天性心脏病或 CHD 的生物学原因。

“我们现在有一个基础数据集，显示正常心脏发育过程中蛋白质动力学如何变化，”第一作者、UNC 细胞 生物学和生理学系助理教授 Whitney Edwards 博士说。“研究人员可以以此为蓝图，找出导致先天性心脏病的特定途径或蛋白质。”

人类心脏的形成

人的心脏的发育是一个非常复杂的过程。先天性心脏病 (CHD) 是最普遍的先天性疾病之一，当一个人出生时心脏或其较大血管存在一个或多个结构缺陷时就会发生这种疾病。虽然某些类型的先心病是轻微的，但其他更复杂的缺陷会导致危及生命的并发症。

从历史上看，对导致正常和异常心脏发育的原因的研究主要集中在基因组学和基因表达上。但是直接评估心脏蛋白质的努力要少得多。虽然基因包含制造蛋白质所需的指令，但许多因素会导致基因和蛋白质表达之间的差异。

要了解心脏发育和先心病的潜在过程，研究基因组和蛋白质组是至关重要的，蛋白质组是在给定类型的细胞或生物体中表达的一组蛋白质。

测量蛋白质动力学

用于描述发育中小鼠心脏蛋白质丰度的实验设计和分析的图形摘要。使用 Biorender.com 创建的原理图

在这项研究中，Edwards 及其同事利用了一种称为多重定量蛋白质组学的技术，这是一种创新的蛋白质标记技术，使他们能够从相对少量的心脏组织中识别和测量大量蛋白质的丰度。

使用这种方法，他们测量了 7,313 种心脏蛋白质的表达，并确定大约 3,799 种蛋白质在心脏发育过程中表现出表达差异。他们的发现现在可用于确定特定蛋白质和分子通路在心脏发育的特定阶段何时活跃。

甲羟戊酸途径

令人惊讶的是，对心脏蛋白质组的分析表明，甲羟戊酸途径(一种必需的代谢途径)中的蛋白质在心脏发育的中途高度表达。该途径产生许多重要的生物分子，例如胆固醇、类异戊二烯和维生素 K。

通过他们的彻底分析，研究人员确定甲羟戊酸途径调节胚胎心脏细胞周期和关键信号分子。他们现在认为，该通路控制着细胞的分裂能力，因此可能对正在发育的心脏的整体生长至关重要。

Edwards 及其同事还发现，甲羟戊酸途径与一种称为 Yap 的特定信号蛋白密切相关，Yap 在心脏发育、稳态和再生的功能和调节中非常重要。

Edwards 的实验室现在专注于将他们的蛋白质组学数据集与人类遗传学数据相结合，以确定导致冠心病的新靶点。