Pathophysiology of a knock-in mouse model of a mutation in the BAG3 gene responsible for human heart failure
Physiopathologie d'un modèle murin knock-in d'une mutation du gène BAG3 responsable d'insuffisance cardiaque humaine
Résumé
We have successfully generated a new mouse model recapitulating dilated cardiomyopathy phenotype, including gender-dependant severity observed in humans, without the limitations associated with the previous similar model. This full knock-in model, expressing the hypomorphic V473M mutation of the BAG domain in Bag3, orthologous to the V468M mutation causing DCM in humans, enabled us to study the pathomechanisms involved both in the onset and later stage of the disease. The mutant mice were deficient in basal macroautophagy yet showed activation upon starvation-induced stimulation, indicating an alteration of specific rather than bulk macroautophagy. Co-expressing a proteotoxic pro-aggregative mutant desmin in Bag3-V473M mice unexpectedly improved cardiac function and increased desmin ubiquitinylation rather than exacerbate DCM features. This suggests that normal Bag3 function may worsen mutant-desmin associated proteotoxicity through aggrephagic pathway overload, while HSP70-interacting deficient V473M mutant may be incompetent in desmin aggregates cargo processing. Proteomic and transcriptomic analyses confirmed proteostasis dysregulation in mutant mice but also witness an early metabolic alteration consistent with a cardiac shift in energy supply from fatty-acids to glucose as an early event in the onset of the disease, supported by in vivo and cardiac lipidomic analyses. To conclude, our results shows that Bag3 BAG domain mutation impaired specific macroautophagy resulting in early cardiac metabolic dysregulation.
Nous avons généré avec succès un nouveau modèle murin récapitulant le phénotype de cardiomyopathie dilatée, y compris le dimorphisme sexuel observé chez l'homme, sans les limitations associées au modèle similaire publié précédemment. Ce modèle knock-in, exprimant la mutation V473M du domaine BAG de Bag3, orthologue à la mutation V468M provoquant une CMD chez l'homme, nous a permis d'étudier les mécanismes physiopathologiques précoces et tardifs impliqués dans le développement de la maladie. Les souris mutantes présentent une déficience de la macroautophagie en condition basale, mais pas en condition de carence nutritionnelle induite par un jeûne, indiquant une altération de la macroautophagie spécifique plutôt qu'en « bulk ». La co-expression d'une desmine mutée protéotoxique pro-agrégante chez les souris Bag3-V473M améliore de manière inattendue la fonction cardiaque et augmente l'ubiquitinylation de la desmine plutôt que d'exacerber le phénotype de CMD. Ceci suggère que la fonction normale de Bag3 peut aggraver la protéotoxicité associée à la desmine mutée à travers une surcharge de la voie agréphagique, tandis que Bag3-V473M, impacté dans son interaction avec HSP70, pourrait être limité dans la prise en charge des agrégats de desmine. Les analyses protéomiques et transcriptomiques ont confirmé une dérégulation de la protéostasie chez les souris mutantes, mais également révélé une altération métabolique. Plus précisément, il s'agirait d'un shift précoce de l'apport énergétique au niveau cardiaque des acides gras vers le glucose, corroboré par des analyses effectuées in vivo et du lipidome cardiaque. En conclusion, nos résultats montrent que la mutation du domaine BAG de Bag3 conduit à une altération de la macroautophagie spécifique, entraînant une dérégulation métabolique cardiaque précoce.
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