Quaking, an RNA-Binding Protein, Is a Critical Regulator of Vascular Smooth Muscle Cell Phenotype.

Van der Veer EP, de Bruin RG, Kraaijeveld AO et al.
Circ Res. 2013 Oct 12;113(9):1065-1075. Epub 2013 Aug 20
 

Achtergrond

Genexpressie kan onder andere worden gereguleerd door RNA-bindende eiwitten. Quaking (QKI) is een RNA-bindend eiwit, dat voor komt in 3 verschillende isovormen, te weten QKI-5, QKI-6 en QKI-7[1]. Deze isovormen zijn het gevolg van alternatieve splicing: een proces waarbij verschillende mRNA-moleculen van één voorloper mRNA-molecuul worden gemaakt. Door diverse onderdelen van het voorloper-RNA te combineren, kunnen verschillende eiwitten gevormd worden. RNA-bindende eiwitten als Quaking beïnvloeden op hun beurt ook alternatieve splicing van andere genen [1,2].
QK1 is betrokken bij de differentiatie van oligodendrocyten en Schwancellen, in respectievelijk het perifere en het centrale zenuwstelsel [1-3]. Door zijn rol bij de alternatieve splicing van vele mRNAs en QK1-expressie ook in de rest van het lichaam, werd vermoed dat QKI ook buiten het zenuwstelsel een functie heeft [3,4].
Muizen met een defect Qk1 gen ontwikkelen geen vasculaire gladde spiercellen (VSMCs), en zij sterven in een embryonaal stadium [5-7]. Bij volwassenen kunnen VSMCs in de arteriële vaatwand contracteren; zij zorgen voor de vasculaire tonus [8]. Na vaatschade kunnen VSMCs kun contractiele eigenschappen verliezen doordat een overmatige wondhelingsreactie optreedt. Dit kan klinische restenose na percutane coronaire interventie, een mislukte arterioveneuze shunt en transplantaat-vasculopathie veroorzaken [8,9]. Doorgaans wordt deze schadelijke situatie echter voorkomen, omdat in de VSCMs een herstelreactie wordt gestart die de terugkeer naar een contractiel fenotype bewerkstelligt. Myocardine (Myocd) is een eiwit dat belangrijk is voor dit redifferentiatieproces, dus de terugkeer naar de normale, contractiele functie van VSMCs [10-12].
Aangezien QK1 embryonale vasculaire ontwikkeling reguleert, wilden de onderzoekers de rol van QK1 in het volwassen vaatstelsel onderzoeken.
 

Belangrijkste resultaten

• QK1 kwam hoog tot expressie in humane restenotische coronaire atherectomie-weefselpreparaten, terwijl het in gezond weefsel vrijwel niet werd gedetecteerd. De VSMCs waren het celtype dat het meeste QK1 bevatte in restenotische laesies.
• In een muismodel voor vasculaire schade bleek dat een lagere QK1-expressie leidt tot minder neointimavorming na vaatschade, doordat de VSMCs minder delen, migreren en minder collageen produceren.(Proliferatie, migratie en collageenproductie zijn tekenen van restenose)
  Expressie van eiwitten die contractiele eigenschappen aan de vaatwand geven werd hoger, waardoor de QK1-deficiënte VSMCs toch weer konden contraheren.
• Het niveau van QK1- expressie in VSMCs beïnvloedt het fenotype van deze cellen; een daling van QK1 niveaus beweegt de cel richting het contractiele fenotype.
• QK1 bindt  aan het Myocd pre-mRNA en beïnvloedt daardoor alternatieve splicing van Myocardine. De balans tussen verschillende Myocd-isovormen verandert hierdoor, met consequenties voor de contractiele eigenschappen van de vaatwand.
• Schade aan de arteriële vaatwand lokt alternatieve splicing van Myocardine uit, en veroorzaakt meer deling van de VSMCs. Dit lijkt in verband te staan met het expressiepatroon van verschillende QK1-isovormen.

 

Conclusie

Deze experimentele studie toont aan dat QK1-expressieniveaus belangrijk zijn voor het fenotype van vasculaire gladde spiercellen. QK1 bleek maar weinig tot expressie te komen in gezonde weefselpreparaten van de kransslagader, hetgeen suggereert dat de RNA-bindende eigenschappen van QK1 in gezonde, contractiele VSMCs worden onderdrukt.
In een muismodel voor vaatwandschade kwam QK1 sterk tot expressie na schade. Waarschijnlijk helpt QK1 bij het herstel van het beschadigde deel van de vaatwand.
Totnogtoe was er weinig bekend over de rol van RNA-bindende eiwitten in de biologie van VSMCs. Dit onderzoek toont aan dat Quaking een centrale rol speelt bij de regulatie van alternatieve splicing van Myocd pre-mRNA, hetgeen bepalend is voor de maturatie van de VSMCs. De auteurs hypothetiseren dat de verschuiving van de balans tussen de verschillende Myocd-isovormen onderdeel is van de respons van VSMCs op vaatwandschade. QK1 lijkt dus een centrale regelaar van de functionele plasticiteit van VSMCs die noodzakelijk is voor hun functie in zowel fysiologische als pathofysiologische omstandigheden. Mogelijk kan QK1-activiteit gemoduleerd worden om zo de herstelreactie na vaatschade te verbeteren.
 

Referenties

1.Chénard CA, Richard S. New implications for the QUAKING RNA binding protein in human disease. J Neurosci Res. 2008;86:233–242.
2. Bockbrader K, Feng Y. Essential function, sophisticated regulation and pathological impact of the selective RNA-binding protein QKI in CNS myelin development. Future Neurol. 2008;3:655–668.
3. Ryder SP, Williamson JR. Specificity of the STAR/GSG domain protein Qk1: implications for the regulation of myelination. RNA. 2004;10:1449–1458.
4. Galarneau A, Richard S. Target RNA motif and target mRNAs of the Quaking STAR protein. Nat Struct Mol Biol. 2005;12:691–698.
5. Bohnsack BL, Lai L, Northrop JL, et al. Visceral endoderm function is regulated by quaking and required for vascular development. Genesis. 2006;44:93–104.
6. Li Z, Takakura N, Oike Y, et al. Defective smooth muscle development in qkIdeficient mice. Dev Growth Differ. 2003;45:449–462.
7. Noveroske JK, Lai L, Gaussin V, et al. Quaking is essential for blood vessel development. Genesis. 2002;32:218–230.
8. Owens GK, Kumar MS, Wamhoff BR. Molecular regulation of vascular smooth muscle cell differentiation in development and disease. Physiol Rev. 2004;84:767–801.
9. Ross R. The pathogenesis of atherosclerosis: a perspective for the 1990s. Nature. 1993;362:801–809.
10. Chen J, Kitchen CM, Streb JW, Miano JM. Myocardin: a component of a molecular switch for smooth muscle differentiation. J Mol Cell Cardiol. 2002;34:1345–1356.
11. Li S, Sims S, Jiao Y, et al. Evidence from a novel human cell clone that adult vascular smooth muscle cells can convert reversibly between noncontractile and contractile phenotypes. Circ Res. 1999;85:338–348.
12. Owens GK. Regulation of differentiation of vascular smooth muscle cells. Physiol Rev. 1995;75:487–517.
 

Find this article on Pubmed