BACKGROUND Hypertrophic cardiomyopathy (HCM) is the most common cardiac genetic disorder caused by sarcomeric gene variants and associated with left ventricular hypertrophy and diastolic dysfunction. The role of the microtubule network has recently gained interest with the findings that microtubule detyrosination (dTyr-MT) is markedly elevated in heart failure. Acute reduction of dTyr-MT by inhibition of the detyrosinase (VASH [vasohibin]/SVBP [small VASH-binding protein] complex) or activation of the tyrosinase (TTL [tubulin tyrosine ligase]) markedly improved contractility and reduced stiffness in human failing cardiomyocytes and thus posed a new perspective for HCM treatment. In this study, we tested the impact of chronic tubulin tyrosination in an HCM mouse model (Mybpc3 knock-in), in human HCM cardiomyocytes, and in SVBP-deficient human engineered heart tissues (EHTs). METHODS Adeno-associated virus serotype 9-mediated TTL transfer was applied in neonatal wild-type rodents, in 3-week-old knock-in mice, and in HCM human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes. RESULTS We show (1) TTL for 6 weeks dose dependently reduced dTyr-MT and improved contractility without affecting cytosolic calcium transients in wild-type cardiomyocytes; (2) TTL for 12 weeks reduced the abundance of dTyr-MT in the myocardium, improved diastolic filling, compliance, cardiac output, and stroke volume in knock-in mice; (3) TTL for 10 days normalized cell area in HCM human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes; (4) TTL overexpression activated transcription of tubulins and other cytoskeleton components but did not significantly impact the proteome in knock-in mice; (5) SVBP-deficient EHTs exhibited reduced dTyr-MT levels, higher force, and faster relaxation than TTL-deficient and wild-type EHTs. RNA sequencing and mass spectrometry analysis revealed distinct enrichment of cardiomyocyte components and pathways in SVBP-deficient versus TTL-deficient EHTs. CONCLUSIONS This study provides the first proof of concept that chronic activation of tubulin tyrosination in HCM mice and in human EHTs improves heart function and holds promise for targeting the nonsarcomeric cytoskeleton in heart disease.

中文翻译：

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微管蛋白酪氨酸化的慢性激活可改善心脏功能。


背景肥厚型心肌病 （HCM） 是由肌节基因变异引起的最常见的心脏遗传病，与左心室肥厚和舒张功能障碍有关。最近，随着微管脱酪氨酸 （dTyr-MT） 在心力衰竭中显着升高的发现，微管网络的作用越来越受到关注。通过抑制脱酪氨酸酶 （VASH [vasohibin]/SVBP [小 VASH 结合蛋白] 复合物） 或激活酪氨酸酶 （TTL [微管蛋白酪氨酸连接酶]）来急性降低 dTyr-MT 显着改善了人类衰竭心肌细胞的收缩性和刚度，从而为 HCM 治疗提出了新的前景。在这项研究中，我们测试了慢性微管蛋白酪氨酸化对 HCM 小鼠模型 （Mybpc3 敲入）、人 HCM 心肌细胞和 SVBP 缺陷的人工程心脏组织 （EHT） 的影响。方法 腺相关病毒血清型 9 介导的 TTL 转移应用于新生野生型啮齿动物、3 周龄敲入小鼠和 HCM 人诱导的多能干细胞衍生心肌细胞。 结果：我们显示 （1） TTL 持续 6 周剂量依赖性降低 dTyr-MT 并改善收缩力，而不影响野生型心肌细胞中的胞质钙瞬变;（2） TTL 持续 12 周可降低心肌中 dTyr-MT 的丰度，改善敲入小鼠的舒张期充盈、顺应性、心输出量和每搏输出量;（3） HCM 人诱导多能干细胞来源的心肌细胞中 10 天的 TTL 归一化细胞面积;（4） TTL 过表达激活了微管蛋白和其他细胞骨架成分的转录，但没有显着影响敲入小鼠的蛋白质组;（5） SVBP 缺陷型 EHT 比 TTL 缺陷型和野生型 EHT 表现出 dTyr-MT 水平降低、力更高和松弛更快。RNA 测序和质谱分析显示，SVBP 缺陷与 TTL 缺陷 EHT 中心肌细胞成分和通路的明显富集。结论 本研究首次证明了 HCM 小鼠和人类 EHT 中微管蛋白酪氨酸的慢性激活可改善心脏功能，并有望靶向心脏病中的非肌节细胞骨架。