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心筋細胞のホメオドメイン間相互作用型プロテインキナーゼ2は、細胞外シグナル制御キナーゼシグナルを介して心臓の基本機能を維持している
Cardiomyocyte Homeodomain-Interacting Protein Kinase 2 Maintains Basal Cardiac Function via Extracellular Signal-Regulated Kinase Signaling.
PMID: 31581792 PMCID: PMC7219521. DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.119.040740.
抄録
背景:
心筋キナーゼは心不全の発症に重要な役割を果たしており、治療の標的となる可能性がある。しかし、心臓キノームのごく一部しか研究されていない。心不全に関与する新規な心臓キナーゼを同定するために、我々はトランスクリプトミクスとバイオインフォマティクスを統合した解析を行い、ホメオドメイン相互作用型プロテインキナーゼ2（HIPK2）を新規なキナーゼ候補として同定した。心臓生物学におけるHIPK2の役割は不明である。
BACKGROUND: Cardiac kinases play a critical role in the development of heart failure, and represent potential tractable therapeutic targets. However, only a very small fraction of the cardiac kinome has been investigated. To identify novel cardiac kinases involved in heart failure, we used an integrated transcriptomics and bioinformatics analysis and identified Homeodomain-Interacting Protein Kinase 2 (HIPK2) as a novel candidate kinase. The role of HIPK2 in cardiac biology is unknown.
方法:
キナーゼ標的のスクリーニングには、Expression2Kinaseアルゴリズムを使用した。心臓におけるＨＩＰＫ２の役割を決定するために、心筋細胞（ＣＭ）特異的ＨＩＰＫ２ノックアウトマウスおよびヘテロ接合マウスを作製した。心機能を心エコー図で調べ、関連する細胞および分子機構を調べた。CM-HIPK2ノックアウトマウスの心機能障害を救済するために、心臓特異的な構成活性MEK1（TnT-MEK1-CA）を搭載したアデノ随伴ウイルス血清型9を投与した。
METHODS: We used the Expression2Kinase algorithm for the screening of kinase targets. To determine the role of HIPK2 in the heart, we generated cardiomyocyte (CM)-specific HIPK2 knockout and heterozygous mice. Heart function was examined by echocardiography, and related cellular and molecular mechanisms were examined. Adeno-associated virus serotype 9 carrying cardiac-specific constitutively active MEK1 (TnT-MEK1-CA) was administrated to rescue cardiac dysfunction in CM-HIPK2 knockout mice.
結果:
我々の知る限りでは、本研究は心臓生物学におけるHIPK2の役割を定義した初めての研究である。複数のHIPK2欠損マウスモデルを用いて、CMにおけるHIPK2の減少が心機能障害につながることを示し、心不全に因果関係があることを示唆した。HIPK2ノックアウトマウスの心機能障害は、年齢の上昇に伴って発症したが、発育期には発症しなかったことは重要である。また、CM-HIPK2ノックアウトマウスとCM-HIPK2ヘテロ接合マウスでは、心機能に対するCM-HIPK2の遺伝子用量反応関係が示された。ヒトの末期虚血性心筋症では、心不全を起こしていない心筋と比較して、心臓におけるHIPK2の発現が有意に減少しており、心臓生物学におけるHIPK2の臨床的な関連性が示唆された。ラット新生児心室CMを用いたin vitro試験では、in vivoでの知見を裏付ける結果が得られた。具体的には、アデノウイルスを介した HIPK2 の過剰発現により、心不全マーカーの発現が抑制され、基底状態ではフェニルフリン誘発性の病理学的遺伝子発現が消失した。HIPK2欠損心臓では、細胞外シグナル制御キナーゼ1/2シグナル伝達が障害されていることが、様々な機序論的研究により明らかになった。また、アデノ随伴ウイルス血清型9のTnT-MEK1-CAを用いたin vivoレスキュー実験では、ノックアウトマウスの有害表現型はほぼ消失しており、CM-HIPK2ノックアウトマウスの心臓では、細胞外シグナル制御キナーゼシグナル伝達障害がアポトーシスを仲介していることが示唆された。
RESULTS: To our knowledge, this is the first study to define the role of HIPK2 in cardiac biology. Using multiple HIPK2 loss-of-function mouse models, we demonstrated that reduction of HIPK2 in CMs leads to cardiac dysfunction, suggesting a causal role in heart failure. It is important to note that cardiac dysfunction in HIPK2 knockout mice developed with advancing age, but not during development. In addition, CM-HIPK2 knockout mice and CM-HIPK2 heterozygous mice exhibited a gene dose-response relationship of CM-HIPK2 on heart function. HIPK2 expression in the heart was significantly reduced in human end-stage ischemic cardiomyopathy in comparison to nonfailing myocardium, suggesting a clinical relevance of HIPK2 in cardiac biology. In vitro studies with neonatal rat ventricular CMscorroborated the in vivo findings. Specifically, adenovirus-mediated overexpression of HIPK2 suppressed the expression of heart failure markers, and , at basal condition and abolished phenylephrine-induced pathological gene expression. An array of mechanistic studies revealed impaired extracellular signal-regulated kinase 1/2 signaling in HIPK2-deficient hearts. An in vivo rescue experiment with adeno-associated virus serotype 9 TnT-MEK1-CA nearly abolished the detrimental phenotype of knockout mice, suggesting that impaired extracellular signal-regulated kinase signaling mediated apoptosis as the key factor driving the detrimental phenotype in CM-HIPK2 knockout mice hearts.
結論:
これらの知見から、CM-HIPK2は細胞外シグナル制御キナーゼシグナル伝達を介して正常な心機能を維持するために必要であることが示唆された。
CONCLUSIONS: Taken together, these findings suggest that CM-HIPK2 is required to maintain normal cardiac function via extracellular signal-regulated kinase signaling.