Intermediate filament proteins that construct the nuclear lamina of a cell include the Lamin A/C proteins encoded by the LMNA gene, and are implicated in fundamental processes such as nuclear structure, gene expression, and signal transduction. LMNA mutations predominantly affect mesoderm-derived cell lineages in diseases collectively termed as laminopathies that include dilated cardiomyopathy with conduction defects, different forms of muscular dystrophies, and premature aging syndromes as Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome. At present, our understanding of the molecular mechanisms regulating tissue-specific manifestations of laminopathies are still limited. To gain deeper insight into the molecular mechanism of a novel LMNA splice-site mutation (c.357-2A > G) in an affected family with cardiac disease, we conducted deep RNA sequencing and pathway analysis for nine fibroblast samples obtained from three patients with cardiomyopathy, three unaffected family members, and three unrelated, unaffected individuals. We validated our findings by quantitative PCR and protein studies. We identified eight significantly differentially expressed genes between the mutant and non-mutant fibroblasts, that included downregulated insulin growth factor binding factor protein 5 (IGFBP5) in patient samples. Pathway analysis showed involvement of the ERK/MAPK signaling pathway consistent with previous studies. We found no significant differences in gene expression for Lamin A/C and B-type lamins between the groups. In mutant fibroblasts, RNA-seq confirmed that only the LMNA wild type allele predominately was expressed, and Western Blot showed normal Lamin A/C protein levels. IGFBP5 may contribute in maintaining signaling pathway homeostasis, which may lead to the absence of notable molecular and structural abnormalities in unaffected tissues such as fibroblasts. Compensatory mechanisms from other nuclear membrane proteins were not found. Our results also demonstrate that only one copy of the wild type allele is sufficient for normal levels of Lamin A/C protein to maintain physiological function in an unaffected cell type. This suggests that affected cell types such as cardiac tissues may be more sensitive to haploinsufficiency of Lamin A/C. These results provide insight into the molecular mechanism of disease with a possible explanation for the tissue specificity of LMNA-related dilated cardiomyopathy.

中文翻译：

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LMNA 相关心肌病家族中成纤维细胞的基因表达谱揭示了与疾病发病机制有关的分子途径。

构成细胞核层的中间丝蛋白包括由 LMNA 基因编码的层粘连蛋白 A/C 蛋白，并与核结构、基因表达和信号转导等基本过程有关。LMNA 突变主要影响中胚层来源的细胞谱系，这些疾病统称为椎板病，包括伴有传导缺陷的扩张型心肌病、不同形式的肌营养不良症和早衰综合征（如哈钦森-吉尔福德早衰综合征）。目前，我们对调节椎板病变组织特异性表现的分子机制的了解仍然有限。为了更深入地了解新的 LMNA 剪接位点突变 (c.357-2A > G) 在患有心脏病的家庭中的分子机制，我们对取自三名心肌病患者、三名未受影响的家庭成员和三名无关的未受影响个体的九个成纤维细胞样本进行了深度 RNA 测序和通路分析。我们通过定量 PCR 和蛋白质研究验证了我们的发现。我们在突变体和非突变体成纤维细胞之间鉴定了八个显着差异表达的基因，其中包括患者样本中下调的胰岛素生长因子结合因子蛋白 5 (IGFBP5)。通路分析显示 ERK/MAPK 信号通路的参与与先前的研究一致。我们发现组间 Lamin A/C 和 B 型核纤层蛋白的基因表达没有显着差异。在突变的成纤维细胞中，RNA-seq 证实只有 LMNA 野生型等位基因主要表达，和 Western Blot 显示 Lamin A/C 蛋白水平正常。IGFBP5 可能有助于维持信号通路的稳态，这可能导致未受影响的组织（如成纤维细胞）中不存在明显的分子和结构异常。没有发现来自其他核膜蛋白的补偿机制。我们的研究结果还表明，只有一个野生型等位基因拷贝足以使正常水平的层粘连蛋白 A/C 蛋白维持未受影响细胞类型的生理功能。这表明受影响的细胞类型（例如心脏组织）可能对 Lamin A/C 的单倍体不足更敏感。这些结果提供了对疾病分子机制的深入了解，并可能解释了 LMNA 相关扩张型心肌病的组织特异性。IGFBP5 可能有助于维持信号通路的稳态，这可能导致未受影响的组织（如成纤维细胞）中不存在明显的分子和结构异常。没有发现来自其他核膜蛋白的补偿机制。我们的研究结果还表明，只有一个野生型等位基因拷贝足以使正常水平的层粘连蛋白 A/C 蛋白维持未受影响细胞类型的生理功能。这表明受影响的细胞类型（例如心脏组织）可能对 Lamin A/C 的单倍体不足更敏感。这些结果提供了对疾病分子机制的深入了解，并可能解释了 LMNA 相关扩张型心肌病的组织特异性。IGFBP5 可能有助于维持信号通路的稳态，这可能导致未受影响的组织（如成纤维细胞）中不存在明显的分子和结构异常。没有发现来自其他核膜蛋白的补偿机制。我们的研究结果还表明，只有一个野生型等位基因拷贝足以使正常水平的层粘连蛋白 A/C 蛋白维持未受影响细胞类型的生理功能。这表明受影响的细胞类型（例如心脏组织）可能对 Lamin A/C 的单倍体不足更敏感。这些结果提供了对疾病分子机制的深入了解，并可能解释了 LMNA 相关扩张型心肌病的组织特异性。这可能导致未受影响的组织（如成纤维细胞）中没有明显的分子和结构异常。没有发现来自其他核膜蛋白的补偿机制。我们的研究结果还表明，只有一个野生型等位基因拷贝足以使正常水平的层粘连蛋白 A/C 蛋白维持未受影响细胞类型的生理功能。这表明受影响的细胞类型（例如心脏组织）可能对 Lamin A/C 的单倍体不足更敏感。这些结果提供了对疾病分子机制的深入了解，并可能解释了 LMNA 相关扩张型心肌病的组织特异性。这可能导致未受影响的组织（如成纤维细胞）中没有明显的分子和结构异常。没有发现来自其他核膜蛋白的补偿机制。我们的研究结果还表明，只有一个野生型等位基因拷贝足以使正常水平的层粘连蛋白 A/C 蛋白维持未受影响细胞类型的生理功能。这表明受影响的细胞类型（例如心脏组织）可能对 Lamin A/C 的单倍体不足更敏感。这些结果提供了对疾病分子机制的深入了解，并可能解释了 LMNA 相关扩张型心肌病的组织特异性。我们的研究结果还表明，只有一个野生型等位基因拷贝足以使正常水平的层粘连蛋白 A/C 蛋白维持未受影响细胞类型的生理功能。这表明受影响的细胞类型（例如心脏组织）可能对 Lamin A/C 的单倍体不足更敏感。这些结果提供了对疾病分子机制的深入了解，并可能解释了 LMNA 相关扩张型心肌病的组织特异性。我们的研究结果还表明，只有一个野生型等位基因拷贝足以使正常水平的层粘连蛋白 A/C 蛋白维持未受影响细胞类型的生理功能。这表明受影响的细胞类型（例如心脏组织）可能对 Lamin A/C 的单倍体不足更敏感。这些结果提供了对疾病分子机制的深入了解，并可能解释了 LMNA 相关扩张型心肌病的组织特异性。