The role of Polycomb Group Ring Finger 5 (Pcgf5) in Pressure Overload Hypertrophy

Abstract

Pcgf5는 polycomb repressive complex 1 (PRC1)을 구성하는 중요한 구성요소 중 하나로서, PRC1을 형성하여 히스톤 H2A에 monoubiquitination을 일으킴으로써 유전자 발현을 조절한다고 알려져 있다. 그러나 Pcgf5의 생체 내에서의 기능은 많이 밝혀져 있지않다. Pcgf5의 기능을 알아보기 위하여, exon 3를 적중하여 LacZ-reporter 유전자를 삽입한 Pcgf5가 결핍된 마우스를 사용하였다. Pcgf5가 결핍 마우스를 이용하여 X-gal 염색을 통해 마우스 배아와 5주령 마우스에서 Pcgf5가 심장에서 발현하고 있는 것을 확인하였다. 본 논문에서는 과부하압력을 유도하는 마우스 모델(TAC 모델)을 적용하여 심장질환이 발달하는 상황에서 Pcgf5의 기능을 알아보았다. 정상마우스와 Pcgf5 결핍 마우스의 심장 기능을 평가하기 위하여 0 (TAC 수술 전), 수술 후 1, 3, 6, 9, 12, 15주차에 초음파 촬영을 진행하였다. TAC 수술 15주후 정상마우스에 비해 Pcgf5 결핍 마우스에서 몸무게 대비 심장 무게와 폐의 무게가 증가하고, 조직학적인 분석을 통해 심장의 크기가 비대해지는 것을 확인하였다. 초음파를 통해 심기능 지표들을 확인하였을 때, 정상마우스에 비해 Pcgf5 결핍 마우스에서 유의적으로 심실 질량(LV mass), 이완기 때의 심실벽의 두께, 심실 내강이 증가하고, 박출률(EF)이 감소하여 심기능이 감소함과 동시에 심실이 확장이 관찰되는 심장비대증이 발달됨을 확인하였다. 흥미롭게도, 심기능 감소와 심장비대증이 Pcgf5 결핍 마우스에서 TAC 수술 1주 후부터 보여지기 때문에 TAC 수술 후 1주차에서 실험을 진행하였다. 그 결과 TAC 수술 후 1주차에서부터 몸무게 대비 심장 무게와 심실 질량이 유의적으로 증가하고 박출량이 감소하여 Pcgf5의 결핍으로 인해 심장비대증과 심기능 감소가 더 이른 시기에 일어남을 확인하였다. 또한 TAC 수술 1주후, 정상 마우스 보다 Pcgf5 결핍 마우스에서 BNP, β-MHC는 유의적으로 증가하였고 ANP, Col1의 발현은 증가하는 경향성을 보였다. 결론적으로 Pcgf5의 결핍은 정상적인 상황에서는 심장 기능에 영향을 미치지는 않으나, 과부하압력으로 심장질환이 발달되는 상황에서는 심장비대증과 관련 유전자들의 발현을 조절하지 못하여 더 빨리 심장비대증과 심기능감소가 발달되고, 이 자극이 지속적으로 오게 되면 정상 마우스보다 더 점진적으로 심장비대증이 일어나고 심부전이 발생함을 알 수 있었다.;Pcgf5 is one of core components of polycomb repressive complex 1 (PRC1) which catalyze monoubiquitination of histone H2A to repress gene expression. However, the biological function of Pcgf5 remains largely unknown. Our laboratory has generated Pcgf5tm1a mice with LacZ-reporter. Pcgf5 is expressed in the heart of embryos and adult mice. Pcgf5 deficient mice survived to adulthood. To study the role of Pcgf5 in adult heart, we induced pressure overload cardiac hypertrophy in 10 - 12 week-old wild-type (WT) and Pcgf5 deficient mice using surgically created transverse aortic constriction (TAC). The cardiac functions of WT and Pcgf5 deficient mice were assessed at 0 (before TAC), 1, 3, 6, 9, 12 and 15 weeks after TAC by echocardiography. Echocardiography revealed that TAC-operated Pcgf5 deficient mice had significant increases in heart weight to body weight ratio, lung weight to body weight ratio, left ventricular (LV) mass (1 week after TAC), LV anterior wall (1 week after TAC), and diastolic LV internal diameter (12 weeks after TAC), but had reduction in ejection fraction (1 week after TAC), compared with TAC-operated WT mice. Therefore, Pcgf5 deficient mice developed severe hypertrophic phenotype and heart failure under pathological hypertrophic stimulation. Moreover, the expression of brain natriuretic peptide (BNP) and β-myosin heavy chain (β-MHC) was significantly increased in Pcgf5 deficient mice compared to WT mice. In addition, the expression of atrial natriuretic peptide (ANP) and collagen type I (Col1) had the tendency to increase in Pcgf5 deficient mice compared to WT mice. Taken together, Pcgf5 deficient mice developed cardiac hypertrophy at an earlier time point after TAC, suggesting that Pcgf5 plays a role in regulating expression of cardiac hypertrophy related genes under pathological stimulation.