異なる G タンパク質共役型受容体の活性化に伴う心筋細胞肥大の進展における P-TEFb 複合体の差異的活性化

Differential Activation of P-TEFb Complexes in the Development of Cardiomyocyte Hypertrophy following Activation of Distinct G Protein-Coupled Receptors.

• Ryan D Martin
• Yalin Sun
• Sarah MacKinnon
• Luca Cuccia
• Viviane Pagé
• Terence E Hébert
• Jason C Tanny

抄録

病的な心肥大は、心筋細胞における特定の G タンパク質共役型受容体（GPCR）の神経ホルモン的活性化によって駆動され、心筋細胞の遺伝子発現の大規模な変化を伴う。これらの転写変化は、ブロモドメイン蛋白質Brd4やスーパー伸長複合体(SEC)によって標的遺伝子にリクルートされる正転写伸長因子b(P-TEFb)の活性を必要とする。ここでは、これらのP-TEFb複合体のGPCR特異的な制御と、初代新生児ラット心筋細胞におけるBrd4活性化の新規メカニズムについて述べている。心筋細胞は、α-アドレナリン受容体（α-AR）またはエンドセリン受容体（ETR）の下流で肥大化反応を起こすことが必要であった。対照的に、Brd4の阻害はα-AR応答を選択的に阻害した。このことは、α-ARの活性化は、ETRではなく、α-ARの活性化は、肥大化遺伝子のプロモーターとスーパーエンハンサーにおけるBrd4の占有率を増加させるという知見によって裏付けられた。トランスクリプトーム解析の結果、両受容体の活性化は同様の遺伝子発現プログラムを開始するが、Brd4の阻害はα-AR活性化後の肥大遺伝子をより強固に減衰させることが明らかになった。最後に、プロテインキナーゼA(PKA)がBrd4クロマチン占有率のα-AR刺激に必要であることを示した。Brd4/P-TEFb複合体の異なるGPCR経路への応答における役割の違いは、この複合体を標的とした治療法が現在心不全の治療法として検討されていることから、臨床的な意味合いを持つ可能性がある。

Pathological cardiac hypertrophy is driven by neurohormonal activation of specific G protein-coupled receptors (GPCRs) in cardiomyocytes and is accompanied by large-scale changes in cardiomyocyte gene expression. These transcriptional changes require activity of positive transcription elongation factor b (P-TEFb), which is recruited to target genes by the bromodomain protein Brd4 or the super elongation complex (SEC). Here, we describe GPCR-specific regulation of these P-TEFb complexes and a novel mechanism for activating Brd4 in primary neonatal rat cardiomyocytes. The SEC was required for the hypertrophic response downstream of either the α-adrenergic receptor (α-AR) or the endothelin receptor (ETR). In contrast, Brd4 inhibition selectively impaired the α-AR response. This was corroborated by the finding that the activation of α-AR, but not ETR, increased Brd4 occupancy at promoters and superenhancers of hypertrophic genes. Transcriptome analysis demonstrated that the activation of both receptors initiated similar gene expression programs, but that Brd4 inhibition attenuated hypertrophic genes more robustly following α-AR activation. Finally, we show that protein kinase A (PKA) is required for α-AR stimulation of Brd4 chromatin occupancy. The differential role of the Brd4/P-TEFb complex in response to distinct GPCR pathways has potential clinical implications, as therapies targeting this complex are currently being explored for heart failure.

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