IntroductionRNA regulation provides

Introduction

RNA regulation provides a critical mechanism for controlling gene expression in the heart during normal development and disease. Yet post-transcriptional mechanisms of gene expression remain understudied in the heart. This area of investigation is particularly critical since it was reported that >70% of transcripts are subcellularly localized in Drosophila [1]. Additionally, in eukaryotes ~60% of proteins are estimated to be regulated post-transcriptionally [2,3]. In this study, we examine the role of the RNA binding protein, Fragile X Mental Retardation Protein 1 in the Drosophila heart. A majority of studies on the Fragile X (FraX) family of RNA binding proteins has focused on its role in inherited mental retardation, in particular Fragile X syndrome and autism [4,5]. However, it has been shown that loss of Fxr1, the predominant striated muscle family member in vertebrates, leads to perinatal lethality in mice most likely due to cardiac defects, while its reduction in zebrafish leads to disruption of cellular architecture, impaired cardiac function, and cardiomyopathies [6–8]. Despite the connection between FraX and cardiac function, the requirement for these proteins specifically in the heart has yet to be identified.

To better understand the role of FraX proteins in the heart, we turned to the genetic capabilities of Drosophila. In Drosophila, there is only one FraX protein (dFmr1) that is ubiquitously expressed [9]. It is homologous to FraX vertebrate proteins and harbors a high degree of homology within its RNA binding domains: two KH domains and a C-terminal RGG box [9]. Over the years, Drosophila has emerged as an excellent model system for studying the basic molecular and genetic mechanisms of cardiac development and function (for reviews see [10–13]). The Drosophila heart, also known as the dorsal vessel, is a muscular pump composed of an inner layer of contractile muscle cells (cardial cells) flanked by non-contractile pericardial cells (for review see [10]). With the Drosophila heart functioning as a pump for hemolymph, which carries necessary immune cells and nutrients to maintain homeostasis, it makes for a simple yet physiologically relevant model to study cardiac function. Tissue specific knockdown tools allow the study of mutations that may otherwise cause severe or fatal cardiac dysfunction and lethality in other model systems (for review see [14]).

Here, we report that dFmr1 is required for proper control of heart rate in the absence of obvious structural defects. We show that loss of dFmr1 function results in a significant decrease in heart rate that is rescued by a wild type copy of dFmr1 expressed in its genomic context (i.e., genomic rescue) [9]. Importantly, our data show that dFmr1 is required cell autonomously in cardiac muscle as evidenced by a significant decrease in heart rate caused by cardiac-specific RNAi knockdown of dFmr1 but not a neuronal- or glial-specific RNAi knockdown. Additionally, using a larval turning assay to analyze locomotor function, the cardiac-specific dFmr1 RNAi knockdown results in slower rollover (i.e., increased larval turning times), consistent with impaired locomotion that accompanies cardiac dysfunction. Our findings establish a new, genetically tractable model of cardiac physiology, based on dFmr1 that could be exploited in the future to decipher novel signaling pathways governing heart function.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

แนะนำระเบียบอาร์เอ็นเอเป็นกลไกสำคัญสำหรับการควบคุมยีนในระหว่างการพัฒนาปกติและโรคทาง ยัง post-transcriptional กลไกของยีนอยู่ understudied กลาง ตรวจสอบพื้นที่นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากมีรายงานที่ > subcellularly แปล 70% ของใบแสดงผลในแมลง [1] นอกจากนี้ ใน eukaryotes ~ 60% ของโปรตีนมีประเมินการควบคุม post-transcriptionally [2,3] ในการศึกษานี้ เราตรวจสอบบทบาทของอาร์เอ็นเอรวมโปรตีน เปราะบาง 1 โปรตีนปัญญา X ในแมลง ส่วนใหญ่การศึกษาโครโมโซมเอกซ์เปราะบาง (FraX) ครอบครัวของอาร์เอ็นเอโปรตีนรวมได้เน้นบทบาทของมัน ในการสืบทอดปัญญา ในเฉพาะกลุ่มอาการโครโมโซมเอกซ์เปราะบางและโรคออทิซึม [4,5] อย่างไรก็ตาม มันได้ถูกแสดงว่า สูญเสีย Fxr1 กล้ามเนื้อลายกันสมาชิกครอบครัวใน vertebrates นำไปสู่การ lethality ปริกำเนิดในหนูมักเนื่องจากข้อบกพร่องหัวใจ ในขณะที่ลดลงของปลาม้าลายที่นำไปสู่ทรัพยสถาปัตยกรรมโทรศัพท์มือถือ ฟังก์ชันหัวใจพิการ และ cardiomyopathies [6-8] แม้ มีการเชื่อมต่อระหว่าง FraX ฟังก์ชันหัวใจ ข้อกำหนดสำหรับโปรตีนเหล่านี้โดยเฉพาะในห้องยังไม่ได้ระบุการเข้าใจบทบาทของโปรตีน FraX แห่งนี้ เราเปิดกับความสามารถทางพันธุกรรมของแมลง ในแมลง มีเพียงหนึ่ง FraX โปรตีน (dFmr1) ที่ ubiquitously แสดง [9] เป็น homologous กับ FraX หลอดโปรตีน และ harbors ระดับสูงของ homology ภายในโดเมนของอาร์เอ็นเอรวม: KH สองโดเมนและ RGG C-เทอร์มินัลกล่อง [9] ปี แมลงได้ผงาดขึ้นเป็นระบบการจำลองแห่งสำหรับการศึกษาขั้นพื้นฐานระดับโมเลกุล และพันธุกรรมกลไกพัฒนาหัวใจและฟังก์ชัน (เพื่อดูรีวิว [10-13]) หัวใจแมลง หรือที่เรียกว่า dorsal เรือ เป็นการปั๊มกล้ามเนื้อที่ประกอบเป็นชั้นในของเซลล์กล้ามเนื้อ contractile (เซลล์ cardial) นักเซลล์ไม่ใช่ contractile pericardial (เพื่อตรวจทานดู [10]) ด้วยความเต็มใจของแมลงทำหน้าที่เป็นปั๊มสำหรับ hemolymph ซึ่งดำเนินเซลล์ภูมิคุ้มกันที่จำเป็นและสารอาหารเพื่อรักษาภาวะธำรงดุล มันทำให้สำหรับรูปแบบที่เรียบง่าย แต่ physiologically ที่เกี่ยวข้องศึกษาฟังก์ชันหัวใจ เนื้อเยื่อเฉพาะ knockdown เครื่องมือให้การศึกษาการกลายพันธุ์ที่อาจหรือทำให้ผิดปกติของหัวใจอย่างรุนแรง หรือร้ายแรงและ lethality ในระบบรูปแบบอื่น ๆ (เพื่อตรวจทานดู [14])Here, we report that dFmr1 is required for proper control of heart rate in the absence of obvious structural defects. We show that loss of dFmr1 function results in a significant decrease in heart rate that is rescued by a wild type copy of dFmr1 expressed in its genomic context (i.e., genomic rescue) [9]. Importantly, our data show that dFmr1 is required cell autonomously in cardiac muscle as evidenced by a significant decrease in heart rate caused by cardiac-specific RNAi knockdown of dFmr1 but not a neuronal- or glial-specific RNAi knockdown. Additionally, using a larval turning assay to analyze locomotor function, the cardiac-specific dFmr1 RNAi knockdown results in slower rollover (i.e., increased larval turning times), consistent with impaired locomotion that accompanies cardiac dysfunction. Our findings establish a new, genetically tractable model of cardiac physiology, based on dFmr1 that could be exploited in the future to decipher novel signaling pathways governing heart function.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

บทนำการควบคุมอาร์เอ็นเอให้เป็นกลไกที่สำคัญในการควบคุมการแสดงออกของยีนในหัวใจในระหว่างการพัฒนาปกติและโรค แต่กลไกการโพสต์การถอดรหัสการแสดงออกของยีนยังคง understudied ในหัวใจ พื้นที่ของการตรวจสอบนี้เป็นสิ่งสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งนับตั้งแต่มีรายงานว่า> 70% ของยีนที่ได้รับการแปลเป็นภาษาท้องถิ่น subcellularly ในแมลงหวี่ [1] นอกจากนี้ในยูคาริโอ ~ 60% ของโปรตีนที่คาดว่าจะได้รับการควบคุมการโพสต์ transcriptionally [2,3] ในการศึกษานี้เราตรวจสอบบทบาทของอาร์เอ็นเอโปรตีนที่เปราะบาง X ปัญญาอ่อนโปรตีนที่ 1 ในหัวใจแมลงหวี่ ส่วนใหญ่ของการศึกษาที่เปราะบาง X (Frax) ครอบครัวของโปรตีนที่มีผลผูกพันอาร์เอ็นเอได้มุ่งเน้นไปที่บทบาทของมันในปัญญาอ่อนสืบทอดมาโดยเฉพาะอย่างยิ่งโรค X เปราะบางและออทิสติ [4,5] แต่ได้รับการแสดงการสูญเสียของ Fxr1 ที่สมาชิกในครอบครัวของกล้ามเนื้อโครงร่างเด่นในสัตว์มีกระดูกสันหลังที่นำไปสู่การตายปริกำเนิดในหนูส่วนใหญ่น่าจะเกิดจากข้อบกพร่องของการเต้นของหัวใจในขณะที่การลดลงใน zebrafish นำไปสู่การหยุดชะงักของสถาปัตยกรรมมือถือ, การทำงานของหัวใจบกพร่องและ cardiomyopathies [6-8] แม้จะมีการเชื่อมต่อระหว่าง Frax และฟังก์ชั่นการเต้นของหัวใจ, ความต้องการสำหรับโปรตีนเหล่านี้โดยเฉพาะในหัวใจยังไม่ได้ระบุ. เพื่อทำความเข้าใจบทบาทของโปรตีน Frax ในหัวใจที่เราหันไปความสามารถทางพันธุกรรมของแมลงหวี่ ในแมลงหวี่มีเพียงหนึ่งโปรตีน Frax (dFmr1) ที่จะแสดง ubiquitously [9] มันเป็นความคล้ายคลึงกันในการเลี้ยงลูกด้วยนม Frax โปรตีนและสถิตอยู่ในระดับสูงที่คล้ายคลึงกันภายในโดเมนที่มีผลผูกพันของอาร์เอ็นเอ: สองโดเมน KH และกล่อง RGG C ขั้ว [9] กว่าปีที่แมลงหวี่ได้กลายเป็นระบบรูปแบบที่ดีเยี่ยมสำหรับการศึกษากลไกระดับโมเลกุลและพันธุกรรมพื้นฐานของการพัฒนาการเต้นของหัวใจและการทำงาน (การแสดงความคิดเห็นเห็น [10-13]) หัวใจแมลงหวี่ที่เรียกว่าเป็นเรือหลังเป็นปั๊มกล้ามเนื้อประกอบด้วยชั้นภายในของเซลล์กล้ามเนื้อหดตัว (เซลล์ Cardial) ขนาบข้างด้วยเซลล์เยื่อที่ไม่หดตัว (เพื่อการตรวจสอบดู [10]) ด้วยหัวใจแมลงหวี่ทำงานเป็นปั๊มสำหรับเลือดซึ่งถือเซลล์ภูมิคุ้มกันและสารอาหารที่จำเป็นในการรักษาสภาวะสมดุลก็จะทำให้เป็นรูปแบบที่เรียบง่ายและมีความเกี่ยวข้องทางสรีรวิทยาเพื่อศึกษาการทำงานของหัวใจ เครื่องมือล้มลงเนื้อเยื่อเฉพาะช่วยให้การศึกษาของการกลายพันธุ์ที่อื่นอาจทำให้เกิดความผิดปกติของการเต้นของหัวใจที่รุนแรงหรืออันตรายถึงชีวิตและตายในระบบรูปแบบอื่น ๆ (ตรวจสอบดู [14]). ที่นี่เรารายงานว่า dFmr1 เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการควบคุมที่เหมาะสมของอัตราการเต้นหัวใจในกรณีที่ไม่มี ข้อบกพร่องที่เห็นได้ชัดของโครงสร้าง เราแสดงให้เห็นว่าการสูญเสียของผล dFmr1 ฟังก์ชั่นในการลดลงอย่างมีนัยสำคัญในการเต้นของหัวใจที่มีการช่วยเหลือจากสำเนาป่าประเภทของ dFmr1 แสดงในบริบทของจีโนม (เช่นกู้ภัยจีโนม) [9] ที่สำคัญข้อมูลของเราแสดงให้เห็นว่าจะต้อง dFmr1 ตนเองในเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจเป็นหลักฐานโดยการลดลงอย่างมีนัยสำคัญในอัตราการเต้นหัวใจที่เกิดจากการเต้นของหัวใจ RNAi เฉพาะของ dFmr1 ล้มลง แต่ไม่ neuronal- หรือ glial เฉพาะ RNAi ล้มลง นอกจากนี้การใช้ตัวอ่อนทดสอบเปลี่ยนฟังก์ชั่นการวิเคราะห์การเคลื่อนไหวที่ dFmr1 หัวใจเฉพาะ RNAi ผลการล้มลงในแบบโรลโอเวอร์ช้าลง (กล่าวคือเพิ่มขึ้นครั้งหักเหตัวอ่อน) สอดคล้องกับการเคลื่อนไหวบกพร่องความผิดปกติที่มาพร้อมกับการเต้นของหัวใจ ค้นพบของเราสร้างใหม่รุ่นซูฮกพันธุกรรมของสรีรวิทยาการเต้นของหัวใจอยู่บนพื้นฐานของ dFmr1 ที่สามารถใช้ประโยชน์ในอนาคตที่จะถอดรหัสเส้นทางการส่งสัญญาณนวนิยายปกครองการทำงานของหัวใจ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

บทนำ

rna ระเบียบให้มีกลไกในการควบคุมการแสดงออกของยีนในช่วงปกติการพัฒนาหัวใจและโรค เลยลองโพสต์กลไกการแสดงออกของยีนอยู่ 8 เรื่องในใจ พื้นที่ของการวิจารณ์โดยเฉพาะอย่างยิ่งนับตั้งแต่มีรายงานว่า > 70% ของใบเป็น subcellularly แปลเป็นภาษาท้องถิ่นในแมลงหวี่ [ 1 ] นอกจากนี้ในยูแคริโอต ~ 60% ของโปรตีนที่คาดว่าจะประกาศระเบียบ transcriptionally [ 2 , 3 ] การศึกษานี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาบทบาทของ RNA โปรตีน และบอบบาง x ปัญญาอ่อนโปรตีนในแมลงหวี่ 1 หัวใจ ส่วนใหญ่ของการศึกษาในกรอบ X ( frax ) ครอบครัวของโปรตีนที่จับกับ RNA ได้เน้นบทบาทในการสืบทอดปัญญาอ่อนโดยเฉพาะในกลุ่มอาการโครโมโซมเอกซ์เปราะบาง และโรคออทิซึม [ 4 , 5 ] อย่างไรก็ตาม มันได้ถูกแสดงว่า การสูญเสีย fxr1 , เด่น กล้ามเนื้อลาย สมาชิกในครอบครัวในสัตว์มีกระดูกสันหลังนำไปสู่ปริ Lethality ในหนูส่วนใหญ่น่าจะเกิดจากหัวใจบกพร่อง ขณะที่การลดของปลาม้าลาย นำไปสู่การหยุดชะงักของสถาปัตยกรรมของเซลล์ การทำงานของหัวใจบกพร่อง และ cardiomyopathies [ 6 – 8 ]แม้จะมีการเชื่อมต่อระหว่าง frax และการทำงานของหัวใจ , ความต้องการโปรตีนเหล่านี้โดยเฉพาะในหัวใจที่ยังระบุตัวไม่ได้

เพื่อให้เข้าใจบทบาทของ frax โปรตีนในหัวใจ เรากลายเป็นความสามารถทางพันธุกรรมของแมลงหวี่ . ในบ้านมีเพียงหนึ่ง frax โปรตีน ( dfmr1 ) ที่อยู่ระหว่างแสดง [ 9 ]มันมีความคล้ายคลึงกับโปรตีน frax สัตว์มีกระดูกสันหลังและท่าจอดเรือระดับสูงของโรคภายในของ RNA ผูกโดเมน : โดเมนและสองปีซึ่ง rgg กล่อง [ 9 ] กว่าปี แมลงหวี่ได้เกิดเป็นรูปแบบระบบที่ยอดเยี่ยมสำหรับการศึกษาระดับโมเลกุลและพันธุศาสตร์กลไกพื้นฐานของการพัฒนาและการทำงานของหัวใจ ( สำหรับรีวิวเห็น [ 10 – 13 ] ) ที่ บ้านหัวใจที่รู้จักกันเป็นเรือหลังเป็นปั๊มของกล้ามเนื้อประกอบด้วยชั้นในของเซลล์กล้ามเนื้อหดตัว ( cardial เซลล์ ) ขนาบข้างด้วยไม่ได้ pericardial เซลล์ ( สำหรับทบทวนดู [ 10 ] ) กับแมลงหวี่หัวใจทํางานเป็น ปั๊มเลือด ซึ่งเป็นเซลล์ในระบบภูมิคุ้มกันที่จำเป็นเพื่อรักษาความสมดุลของร่างกาย และสารอาหาร ,มันทำให้เราแบบเรียบง่ายที่เกี่ยวข้องเพื่อศึกษาการทำงานของหัวใจ เครื่องมือถอดประกอบเฉพาะเนื้อเยื่อให้ศึกษาการกลายพันธุ์ที่อาจเป็นอย่างอื่น เพราะรุนแรงหรือร้ายแรงความผิดปกติในระบบหัวใจ และ Lethality แบบอื่น ๆ ( สำหรับทบทวนดู [ 14 ] )

ที่นี่เรารายงานว่า dfmr1 เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการควบคุมที่เหมาะสม อัตราการเต้นของหัวใจในการขาดของความบกพร่องเชิงโครงสร้างที่ชัดเจนเราแสดงให้เห็นว่าฟังก์ชันผลในการสูญเสียของ dfmr1 ลดลงอย่างมีนัยสำคัญในอัตราการเต้นของหัวใจที่ถูกช่วยโดยคัดลอกประเภทของป่า dfmr1 แสดงในจีโนมบริบท ( เช่นจีโนมช่วย ) [ 9 ] ที่สำคัญข้อมูลแสดงให้เห็นว่า dfmr1 เป็นอัตโนมัติในเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจเป็นหลักฐานโดยสถิติลดลงในอัตราการเต้นของหัวใจ ทำให้หัวใจของ dfmr1 น็อคโดยเฉพาะหาแต่ไม่ใช่ลักษณะหรือ glial เฉพาะ RNAi น็อคดาวน์ . นอกจากนี้ การเปลี่ยนวิธีวิเคราะห์ฟังก์ชัน ( หนอน , หัวใจเฉพาะ dfmr1 RNAi knockdown ผลโรลโอเวอร์ช้าลง ( เช่นเพิ่มและเปลี่ยนครั้ง ) , สอดคล้องกับการเคลื่อนไหวที่มาพร้อมกับหัวใจที่มีความผิดปกติ การค้นพบของเราสร้างใหม่ , รูปแบบพันธุกรรมเครื่องทำน้ำร้อนสรีรวิทยาของหัวใจ ตาม dfmr1 ที่สามารถใช้ประโยชน์ในอนาคตที่จะถอดรหัสสัญญาณเซลล์ใหม่ควบคุมการทำงานของหัวใจ .