Мутация R482L гена LMNA изменяет динамику мышечной дифференцировки С2С12 и стимулирует формирование внутримышечных липидных капель

1 Национальный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова Минздрава России, 197341 Санкт-Петербург, Россия; электронная почта: khromova@almazovcentre.ru, akostareva@hotmail.com, renata.i.dmitrieva@gmail.com

2 Санкт-Петербургский государственный университет, 199034 Санкт-Петербург, Россия; электронная почта: kseniya.perepelina@mail.ru, amalashicheva@gmail.com

3 Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО), 197101 Санкт-Петербург, Россия; электронная почта: astroksana@gmail.com

Поступила в редакцию 12.09.2018
После доработки 16.11.2018
Принята к публикации 16.11.2018

DOI: 10.1134/S0320972519030060

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ген LMNA, мутация R482L гена LMNA, семейная парциальная липодистрофия Дюннингана, миогенез, адипогенез, миобласты С2С12.

Аннотация

Миссенс-мутации в гене LMNA, в результате которых происходят замены высококонсервативного аргинина в положении 482 в С-концевом глобулярном домене ламина A/C, ассоциированы с возникновением семейной парциальной липодистрофии Дюннингана (FPLD2), при которой у пациентов нередко наблюдаются различные нарушения развития мышечной ткани. Механизмы возникновения этих нарушений в настоящее время до конца не определены. Целью нашей работы явилось исследование влияния мутации R482L гена LMNA на динамику мышечной дифференцировки и накопление внутримышечного жира с использованием экспериментальной клеточной модели, в которой миобласты мыши С2С12 были модифицированы лентивирусными конструкциями, несущими ген ламина человека дикого типа LMNA-WT и мутацию LMNA-R482L. В полученных образцах стимулировали миогенез и адипогенез, исследовали динамику экспрессии маркеров мышечной и жировой дифференцировки, морфологию дифференцированных миотрубок и динамику формирования внутримышечных жировых капель. Мы показали, что в образцах С2С12-LMNA-R482L экспрессия десмина повышена на всех этапах мышечной дифференцировки, и миобласты, несущие мутацию, формируют гипертрофированные (по сравнению с С2С12-LMNA-WT) миотрубки. Сниженный уровень экспрессии миогенного транскрипционного фактора Myf6 в LMNA-R482L-образцах указывал на замедление процессов созревания мышечного волокна. Миобласты, модифицированные мутантным ламином LMNA-R482L, в ответ на стимуляцию жировой дифференцировки накапливали жир гораздо активнее, чем миобласты, модифицированные ламином дикого типа, а также экспрессировали маркеры липидных капель: белок, связывающий жирные кислоты 4-го типа (FABP4), жировую триглицеридную липазу (ATGL) и перилипин 2 (PLIN2). В этой работе мы показали, что мутация R482L гена LMNA нарушает динамику мышечной дифференцировки С2С12 и тканеспецифично стимулирует формирование жировых отложений в миобластах и миотрубках.

Текст статьи

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (грант № 16-15-10178).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с использованием людей и животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Hutchison, C.J., and Worman, H.J. (2004) A-type lamins: guardians of the soma? Nat. Cell Biol., 6, 1062–1067, doi: 10.1038/ncb1104-1062.

2. Lin, F., and Worman, H.J. (1993) Structural organization of the human gene encoding nuclear lamin A and nuclear lamin C, J. Biol. Chem., 268, 16321–16326.

3. Dubinska-Magiera, M., Zaremba-Czogalla, M., and Rzepecki, R. (2013) Muscle development, regeneration and laminopathies: how lamins or lamina-associated proteins can contribute to muscle development, regeneration and disease, Cell. Mol. Life Sci., 70, 2713–2741, doi: 10.1007/s00018-012-1190-3.

4. Schreiber, K.H., and Kennedy, B.K. (2013) When lamins go bad: nuclear structure and disease, Cell, 152, 1365–1375, doi: 10.1016/j.cell.2013.02.015.

5. Ostlund, C., Bonne, G., Schwartz, K., and Worman, H.J. (2001) Properties of lamin A mutants found in Emery-Dreifuss muscular dystrophy, cardiomyopathy and Dunnigan-type partial lipodystrophy, J. Cell Sci., 114, 4435–4445.

6. De Las Heras, J.I., Meinke, P., Batrakou, D.G., Srsen, V., Zuleger, N., Kerr, A.R., and Schirmer, E.C. (2013) Tissue specificity in the nuclear envelope supports its functional complexity, Nucleus, 4, 460–477, doi: 10.4161/nucl.26872.

7. Manju, K., Muralikrishna, B., and Parnaik, V.K. (2006) Expression of disease-causing lamin A mutants impairs the formation of DNA repair foci, J. Cell Sci., 119, 2704–2714.

8. Parnaik, V.K., and Manju, K. (2006) Laminopathies: multiple disorders arising from defects in nuclear architecture, J. Biosci., 31, 405–421.

9. Sebillon, P., Bouchier, C., Bidot, L.D., Bonne, G., Ahamed, K., Charron, P., Drouin-Garraud, V., Millaire, A., Desrumeaux, G., Benaiche, A., Charniot, J.-C., Schwartz, K., Villard, E., and Komajda, M. (2003) Expanding the phenotype of LMNA mutations in dilated cardiomyopathy and functional consequences of these mutations, J. Med. Genet., 40, 560–567.

10. Sehgal, P., Chaturvedi, P., Kumaran, R.I., Kumar, S., and Parnaik, V.K. (2013) Lamin A/C haploinsufficiency modulates the differentiation potential of mouse embryonic stem cells, PLoS One, 8, e57891, doi: 10.1371/journal.pone.0057891.

11. Naetar, N., Ferraioli, S., and Foisner, R. (2017) Lamins in the nuclear interior – life outside the lamina, J. Cell Sci., 130, 2087–2096, doi: 10.1242/jcs.203430.

12. Speckman, R.A., Garg, A., Du, F., Bennett, L., Veile, R., Arioglu, E., Taylor, S.I., Lovett, M., and Bowcock, A.M. (2000) Mutational and haplotype analyses of families with familial partial lipodystrophy (Dunnigan variety) reveal recurrent missense mutations in the globular C-terminal domain of lamin A/C, Am. J. Hum. Genet., 66, 1192–1198, doi: 10.1086/302836.

13. Hegele, R.A., Huff, M.W., and Young, T.K (2001) Common genomic variation in LMNA modulates indexes of obesity in Inuit, J. Clin. Endocrinol. Metab., 86, 2747–2751, doi: 10.1210/jcem.86.6.7550.

14. Garg, A., Peshock, R.M., and Fleckenstein, J.L.(1999) Adipose tissue distribution pattern in patients with familial partial lipodystrophy (Dunnigan variety), J. Clin. Endocrinol. Metab., 84, 70–74, doi: 10.1210/jcem.84.1.5383.

15. Ji, H., Weatheral, P., Adams-Huet, B., and Garg, A. (2013) Increased skeletal muscle volume in women with familial partial lipodystrophy, Dunnigan variety, J. Clin. Endocrinol. Metab., 98, E1410–E1413, doi: 10.1210/jc.2013-1297.

16. Shackleton, S., Lloyd, D.J., Jackson, S.N.J., Evans, R., Niermeijer, M.F., Singh, B.M., Schmidt, H., Brabant, G., Kumar, S., Durrington, P.N., Gregory, S., O’Rahilly, S., and Trembath, R.C. (2000) LMNA, encoding lamin A/C, is mutated in partial lipodystrophy, Nat. Genet., 24, 153–156, doi: 10.1038/72807.

17. Vantyghem, M.C., Pigny, P., Maurage, C.A., Rouaix-Emery, N., Stojkovic, T., Cuisset, J.M., Millaire, A., Lascols, O., Vermersch, P., Wemeau, J.L., Capeau, J., and Vigouroux, J.L. (2004) Patients with familial partial lipodystrophy of the Dunnigan type due to a LMNA R482W mutation show muscular and cardiac abnormalities, J. Clin. Endocrinol. Metab., 89, 5337–5346, doi: 10.1210/jc.2003-031658.

18. Guenantin, A.C., Briand, N., Bidault, G., Afonso, P., Bereziat, V., Vatier, C., Lascols O., Caron-Debarle, M., Capeau, J., and Vigouroux, C. (2014) Nuclear envelope-related lipodystrophies, Semin. Cell Dev. Biol., 29, 148–157, doi: 10.1016/j.semcdb.2013.12.015.

19. Muchir, A., Bonne, G., van der Kooi, A.J., van Meegen, M., Baas, F., Bolhuis, P.A. , de Visser, M., and Schwartz, K. (2000) Identification of mutations in the gene encoding lamins A/C in autosomal dominant limb girdle muscular dystrophy with atrioventricular conduction disturbances (LGMD1B), Hum. Mol. Genet., 9, 1453–1459.

20. Boschmann, M., Engeli, S., Moro, C., Luedtke, A., Adams, F., Gorzelniak, K., Rahn, G., Mahler, A., Dobberstein, K., Kruger, A., Schmidt, S., Spuler, S., Luft, F.C., Smith, S.R., Schmidt, H.H.-J., and Jordan, J. (2010) LMNA mutations, skeletal muscle lipid metabolism, and insulin resistance, J. Clin. Endocrinol. Metab., 95, 1634–1643, doi: 10.1210/jc.2009-1293.

21. Malashicheva, A., Bogdanova, M., Zabirnyk, A., Smolina, N., Ignatieva, E., Freilikhman, O., Fedorov, A., Dmitrieva, R., Sjoberg, G., Sejersen, T., and Kostareva, A. (2015) Various lamin A/C mutations alter expression profile of mesenchymal stem cells in mutation specific manner, Mol. Genet. Metab., 115, 118–127, doi: 10.1016/j.ymgme.2015.04.006.

22. Perepelina, K., Dmitrieva, R., Ignatieva, E., Borodkina, A., Kostareva, A., and Malashicheva, A. (2018) Lamin A/C mutation associated with lipodystrophy influences adipogenic differentiation of stem cells through interaction with Notch signaling, Biochem. Cell Biol., 96, 342–348, doi: 10.1139/bcb-2017-0210.

23. Perepelina, K.I., Smolina, N.A., Zabirnik, A.S, Dmitrieva, R.I., Malashicheva, A.B., and Kostareva, A.A. (2017) The role of LMNA mutations in myogenic differentiation of C2C12 and primary satellite cells, Cell Tissue Biol., 59, 117–124, doi: 10.1134/S1990519X17030087.

24. Bentzinger, С.F., Wang, Y.X., and Rudnicki, M.A. (2012) Building muscle: molecular regulation of myogenesis, Cold Spring Harb. Perspect. Biol., 4, a008342, doi: 10.1101/cshperspect.a008342.

25. Hol, E.M., and Capetanaki, Y. (2017) Type III intermediate filaments desmin, glial fibrillary acidic protein (GFAP), vimentin, and peripherin, Cold Spring Harb. Perspect. Biol., 9, a021642, doi: 10.1101/cshperspect.a021642.

26. Capetanaki, Y., Milner, D.J., and Weitzer, G. (1997) Desmin in muscle formation and maintenance: knockouts and consequences, Cell Struct. Funct., 22, 103–116.

27. Holst, D., Luquet, S., Kristiansen, K., and Grimaldi, P.A. (2003) Roles of peroxisome proliferator-activated receptors delta and gamma in myoblast transdifferentiation, Exp. Cell Res., 288, 168–176, doi: 10.1016/S0014-4827(03)00179-4.

28. Grimaldi, P.A., Teboul, L., Inadera, H., Gaillard, D., and Amri, E.Z. (1997) Trans-differentiation of myoblasts to adipoblasts: triggering effects of fatty acids and thiazolidinediones, Prostaglandins. Leukot. Essent. Fatty Acids, 57, 71–75.

29. Bosma, M. (2016) Lipid droplet dynamics in skeletal muscle, Exp. Cell Res., 340, 180–186, doi: 10.1016/j.yexcr.2015.10.023.

30. MacPherson, R.E.K., Ramos, S.V., Vandenboom, R., Roy, B.D., and Peters, S.J. (2013) Skeletal muscle PLIN proteins, ATGL and CGI-58, interactions at rest and following stimulated contraction, Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol., 304, R644–R650, doi: 10.1152/ajpregu.00418.2012.

31. Rankin, J., and Ellard, S. (2006) The laminopathies: a clinical review, Clin. Genet., 70, 261–274, doi: 10.1111/j.1399-0004.2006.00677.x.

32. Shah, S.B., Davis, J., Weisleder, N., Kostavassili, I., McCulloch, A.D., Ralston, E., Capetanaki, Y., and Lieber, R.L. (2004) Structural and functional roles of desmin in mouse skeletal muscle during passive deformation, Biophys. J., 86, 2993–3008, doi: 10.1016/S0006-3495(04)74349-0.

33. Ralston, E., Lu, Z., Biscocho, N., Soumaka, E., Mavroidis, M., Prats, C., Lomo, T., Capetanaki, Y., and Ploug, T. (2006) Blood vessels and desmin control the positioning of nuclei in skeletal muscle fibers, J. Cell. Physiol., 209, 874–882, doi: 10.1002/jcp.20780.

34. Roman, W., Martins, J.P., Carvalho, F.A., Voituriez, R., Abella, J.V.G, Santos, N.C., Cadot, B., Way, M., and Gomes, E.R. (2017) Myofibril contraction and crosslinking drive nuclear movement to the periphery of skeletal muscle, Nat. Cell Biol., 19, 1189–1201, doi: 10.1038/ncb3605.

35. Frock, R.L., Kudlow, B.A., Evans, A.M., Jameson, S.A., Hauschka, S.D., and Kennedy, B.K., (2006) Lamin A / C and emerin are critical for skeletal muscle satellite cell differentiation, Genes Dev., 20, 486–500, doi: 10.1101/gad.1364906.

36. Соркина Е.Л., Калашникова М.Ф., Мельниченко Г.А., Тюльпаков А.Н. (2015) Семейная парциальная липодистрофия (синдром DUNNIGAN) вследствие мутации в гене LMNA: первое описание клинического случая в России, Терапевтический архив, 87, 83–87, doi: 10.17116/terarkh201587383-87.