BRCC3是由BRCC3基因所編碼的JAB1/MPN/Mov34金屬酶結構域（JAMM）類去泛素化酶家族的一個重要成員。BRCC3發(fā)揮去泛素化酶活性，通過調節(jié)底物蛋白K63位點連接泛素化修飾反應來調控細胞內多種信號通路，從而參與DNA損傷反應、細胞內蛋白質轉運以及NF-κB通路、TNF-α受體、NOD樣受體等細胞內信號轉導過程。然而，BRCC3是否會影響B(tài)MP/TGF-β通路及參與缺氧誘導的肺血管重構及肺動脈高壓（PAH）形成尚未見報道。

2024年7月9日，揚州大學附屬醫(yī)院龔開政、沈慧等在Circulation上發(fā)表題為“BRCC3 Regulation of ALK2 in Vascular Smooth Muscle Cells: Implication in Pulmonary Hypertension”的研究論文，首次揭示了去泛素化酶BRCC3可通過去泛素化修飾調節(jié)BMP信號通路I型受體ALK2來激活BMP通路，同時拮抗TGF-β通路的活化，從而促進BMP/TGF-β通路失衡的恢復來防治PAH的發(fā)生與發(fā)展，為后續(xù)開發(fā)有效的肺動脈高壓臨床治療藥物提供全新的思路。
 

圖片來源：《Circulation》
（https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCULATIONAHA.123.066430）

研究材料
在這項研究中，研究人員采用的平滑肌細胞特異性過表達BRCC3的轉基因小鼠以及Brcc3^flox/flox小鼠模型均由賽業(yè)生物提供。

研究方法
他們在研究中采用了多項技術，包括RNA seq分析、Western blotting、蛋白質穩(wěn)定性、Co-IP分析。在動物實驗中時，他們使用了免疫熒光、Angiogram分析和RVSP檢測等。

技術路線

研究結果
1. 在各種PAH模型中，BRCC3蛋白表達水平明顯下調
該團隊通過分析特發(fā)性肺動脈高壓（IPAH）患者的肺組織和肺動脈平滑肌細胞（PASMCs）的GSE數(shù)據庫，采用Sugen5416聯(lián)合低氧構建經典的肺動脈高壓的大、小鼠模型，檢測肺組織的BRCC3蛋白的表達情況。結果表明，在各種PAH模型中，BRCC3蛋白表達水平明顯下調。
 

圖1 BRCC3的表達在人和嚙齒動物的PH中降低^[1]

2. 平滑肌細胞特異性過表達BRCC3可有效改善低氧誘導的肺血管重構及PAH的發(fā)生發(fā)展
研究團隊利用平滑肌細胞特異性過表達BRCC3的轉基因小鼠（由賽業(yè)生物提供）研究發(fā)現(xiàn)，與野生型對照（WT）小鼠相比，BRCC3 Tg鼠可有效改善低氧誘導的肺血管重構及PAH的發(fā)生發(fā)展。
 

圖2 平滑肌細胞特異性過表達BRCC3小鼠改善肺動脈高壓[1]

3.K472和K475兩個位點的突變可顯著增強ALK2的磷酸化修飾及下游信號的活化
在上述基礎上，研究團隊通過生物信息學技術，進一步預測了BRCC3可能調節(jié)ALK2發(fā)生K63泛素化修飾的位點（K472和K475）。隨后采取定向位點突變研究證實，該兩個位點的突變后不僅可顯著導致ALK2 K63泛素化修飾水平的明顯減少，而且可顯著增強ALK2的磷酸化修飾及下游信號的活化。
 

圖3 BRCC3-ALK2軸通過BRCC3去泛素化ALK2 Lys-472和Lys-475調控BMP信號[1]

4.給予PPARγ激動劑吡格列酮治療可部分緩解BRCC3缺失誘導的肺血管重構及PAH的發(fā)展
研究團隊通過成功構建平滑肌細胞特異性敲除BRCC3的小鼠證實：BRCC3-KO小鼠（BRCC3^flox/flox鼠由賽業(yè)公司提供），相較于WT小鼠，在低氧下都更容易出現(xiàn)嚴重的PAH表型，而BRCC3的缺失可顯著增加ALK2的K63泛素化修飾，同時下調ALK2的磷酸化水平及其下游信號，而給予PPARγ激動劑吡格列酮治療可部分緩解BRCC3缺失誘導的肺血管重構及PAH的發(fā)展。
 

圖4 構建平滑肌細胞BRCC3缺失小鼠加重肺動脈高壓[1]

研究結論
本研究揭示了去泛素化酶BRCC3在PAH中表達降低與BMP/ALK2信號通路功能下調之間的因果關系，闡述了在肺動脈平滑肌細胞內，BRCC3通過其自身的K63去泛素化酶活性以及與SMURF1競爭結合ALK2的兩種機制參與調節(jié)ALK2的泛素化水平及其激酶活性，從而正向調控BMP信號通路，負向調控TGF-β信號通路，這有利于PAH時兩條主要信號通路失衡的恢復，從而調控肺動脈高壓的發(fā)生發(fā)展。因此，增強BRCC3表達或活性有可能為PAH的臨床防治提供一個全新的策略。
 

圖5 BRCC3調控肺動脈高壓的機制圖[1]

參考文獻：
[1]Shen H, Gao Y, Ge D, Tan M, Yin Q, Wei TW, He F, Lee TY, Li Z, Chen Y, Yang Q, Liu Z, Li X, Chen Z, Yang Y, Zhang Z, Thistlethwaite PA, Wang J, Malhotra A, Yuan JX, Shyy JY, Gong K. BRCC3 Regulation of ALK2 in Vascular Smooth Muscle Cells: Implication in Pulmonary Hypertension. Circulation. 2024 Jul 9;150(2):132-150. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.123.066430. Epub 2024 Apr 1. PMID: 38557054; PMCID: PMC11230848.
 

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Brcc3 KO小鼠

品系名稱：
C57BL/6NCya-Brcc3^em1/Cya
產品編號：
S-KO-04758
應用方向：
神經系統(tǒng),免疫,內分泌,遺傳,血液,腎臟
 

Brcc3 flox小鼠

品系名稱：
C57BL/6NCya-Brcc3^em1flox/Cya
產品編號：
S-CKO-05548
應用方向：
神經系統(tǒng),免疫,內分泌,遺傳,血液,腎臟