Overexpressed Spp24 Induces Cardiomyopathy

Abstract

The heart is the first organ to form during embryonic development. Although a number of studies have identified a variety of factors that play a critical role in cardiac development, the mechanisms involved in cardiac development are not fully understood. Neonatal and adult hearts have limited potential for the regeneration of injured cardiomyocytes, which can induce heart disease (Mei Xin 2013). Congenital heart defects, which result in cardiac dysfunctions, frequently occur in the human population, affecting 1% of newborn children, who also fail to survive (Watanabe Y 2010). In the search for new cardiac factors that are involved in cardiac development, investigators have attempted to identify new factors with the potential to induce the differentiation of stem cells into cardiomyocytes. Expression of Secreted phosphoprotein 24 (Spp24) gene, among various possible candidates, is increased in cardiomyocyte-driven mESCs (Kim 2008). Spp24 is a known a member of the BMP-binding protein family that contains BMP-binding domains and blocks BMP signaling. However, the function of Spp24 in the fetal/adult heart has not yet been described. Therefore, the aim of this study was to elucidate the functional role of Spp24 in the heart. To better understand the role of Spp24, mice overexpression Spp24 (Spp24 TG; lines #0003, #0900 and #0021) were established. Mouse Spp24 cDNA was obtained by RT-PCR from RNA isolated from mouse liver tissue and cloned into the EcoRI and EcoRV sites of a p-CMV vector that is driven by the chicken β-actin promoter. Spp24 expression levels were examined in transgenic hearts from different mouse lines by performing quantitative RT-PCR and Western blot analyses. Both mRNA and protein levels of Spp24 in the #0021 TG mouse line were significantly higher compared to the #0900 TG mouse line. Therefore, the #0021 TG mouse line was chosen for further study and the cardiac phenotype was analyzed by examining paraffin-embedded heart tissue that was stained with hematoxylin and eosin (H&E). Whereas non-TG mice exhibited a compacted cardiac muscle morphology, Spp24 TG mice did not exhibit this phenotype. In addition, increased levels of various cardiac-specific transcription factors and cardiomyopathy inducers were found in the Spp24 TG mice. GATA4, one of these cardiac-specific transcription factors, was found to be activated via Erk1/2 signaling in the hearts of 8-week-old TG mice. Taken together, these results indicate that Spp24 may function as a regulator of cardiac development during the pathogenesis of cardiomyopathy. ; 포유류의 발생은 심장 발생부터 시작된다. 심장 발생에 관하여 많은 전사인자들이 밝혀져 있지만, 그 기작은 완전히 밝혀져 있지 않다. 심장 발생은 출생 전까지 빠르게 일어나며, 출생 이후에는 심근세포가 성숙되는 과정이 진행된다. 하지만, 출생 이후 심근세포가 손상되면 심근세포가 재생성 되는 것에 한계가 생기고 이때 심장질환이 유도된다. 신생아의 1% 정도 선천적으로 심장 질환을 가지고 태어나고, 후천적으로도 다양한 요인에 의해 심장 질환을 가지고 살아간다. 유전적 또는 외부 요인에 의해 심장 질환이 발병되기에 심장에 관해 꾸준히 연구 되고 있다. 따라서 이전에 줄기세포를 심근세포로 분화 유도하여 심장 발생에 있어 잠재적인 인자를 밝혀냈다. 잠재적인 인자들 중 Spp24 유전자가 심근세포에서 상당히 발현되는 것을 발견하였다. Spp24는 뼈 발생에 관해 밝혀져 왔으며, 또한 BMP-binding protein의 member 이기 때문에 BMP signaling을 방해한다고 밝혀졌다. 하지만 태아 또는 성체 심장 조직에서 어떠한 기능을 하는지에 대해 밝혀진 바가 없다. 따라서 이 논문의 목적은 심장 조직에서 Spp24의 기능적인 역할을 이해하는 것이다. 본 논문에서는 Spp24의 기능을 이해하기 위해 Spp24 유전자를 과 발현 (이하 Spp24 TG) 시킨 mouse를 제작하였다. Spp24 cDNA는 mouse의 간 조직 RNA로부터 합성되었고, p-CMV vector에 삽입하여 발현 유도하였다. Spp24의 발현도가 높은 쥐를 이용하여 심장 표현형을 분석하였다. Spp24 TG mouse의 성체 심장 조직을 확인한 결과 심장 근육 밀집 정도의 이상을 확인하였다. 이러한 심장 질환이 유도될 때에 태아 발생과정에 발현되는 전사인자들이 다시 활성화되어 나타난다고 알려져 있었기에, 전사인자들의 발현을 확인한 결과 유의하게 발현 양이 증가되는 것을 확인하였다. Spp24가 전사인자들을 활성화시키는 신호 체계를 활성화시켜 발현 양을 증가시켰는지를 확인해 보았더니, Erk1/2 signaling이 활성화되는 것을 확인하였다. Ekr1/2 signaling은 심근질환에 관하여 많이 확인이 되었고 그는 질환에 대해 보호작용을 할 수 있다는 근거가 많이 제시되어 왔다. 따라서 종합적인 데이터를 토대로 Spp24가 과 발현 되었을 때 심장 질환이 유도된다는 것을 암시할 수 있었다. 그러므로 본 연구는 Spp24가 심장 조직에서 심장 질환을 유도하지 않도록 심장 발생을 조절하는 잠재적인 인자의 가능성을 제시하고 있다.