心脏内皮细胞Brg1调控斑马鱼心脏再生

Zebrafish has become one of the most established animal models for studying organ and tissue regeneration due to its endogenous regenerative capabilities and full accessibility to molecular and genetic methods. We have recently reported that Brg1, one of the central ATPase catalytic subunits of the BAF chromatin remodeling complex, which plays an important role in organ development and regeneration, promotes zebrafish cardiomyocyte proliferation and regeneration. Here, we plan to utilize Tg(flk1:CreER;ubi:loxP-DsRed-STOP-loxP-dn-xBrg1) transgenic zebrafish to specifically inhibit Brg1 function in the endocardium and vascular endothelial cells. This tempo-spatial inhibition of Brg1 allows us to address how endothelial Brg1 regulates cardiomyocyte proliferation, coronary vessel regeneration, and cardiac fibrosis; and together with endothelial cell ChIP-seq analysis, we will also plan to identify Brg1 target genes and determine their function during heart regeneration. The outcome of this study will decipher how endocardial Brg1 regulate myocardial and coronary vessel regeneration, and may also lead to new knowledge on improving mammalian myocardial regeneration. In addition, this award will certainly offer me great opportunity of pursuing my independent researches in the field of cardiac regeneration.

斑马鱼具有完整的分子遗传操作技术和内在的器官再生能力，已经成为研究心脏等多种器官再生的重要模式动物。我们最新研究发现BAF染色质重塑复合物核心亚基之一Brg1参与调控斑马鱼心肌细胞增殖与再生。斑马鱼心脏损伤后心内皮细胞被激活，前期工作发现Brg1在心脏再生过程中心脏内皮细胞中表达上调，但心脏内皮细胞信号如何调控心肌增殖和再生还了解甚少。本项目利用Tg(flk1:CreER;ubi:loxP-DsRed-STOP-loxP-dn-xBrg1)转基因鱼，特异性抑制心脏内皮细胞中Brg1功能，1.研究心脏内皮Brg1调控心肌细胞增殖、血管新生、纤维化等细胞机制，2.利用心脏内皮细胞ChIP-seq等分析，揭示心脏内皮Brg1在斑马鱼心脏再生过程中靶基因及信号通路。这些目标的达成将不仅丰富斑马鱼心脏再生机制的理论，也将为改善哺乳动物心脏再生提供指导作用。这项基金将提升我独立科研工作潜能。

与哺乳动物不同，斑马鱼的心脏在心室被切掉20%后，可以完美再生，由于具有强大的再生能力，斑马鱼已经成为研究器官再生理想的动物模型。我们前期的工作发现，Brg1可以通过和Dnmt3ab相互作用，提高细胞周期依赖激酶抑制因子（cdkn）启动子区域的甲基化水平，进而抑制cdkn家族基因，从而促进斑马鱼心脏再生。在心脏再生过程中，Brg1不仅在心肌细胞中被激活，Brg1在心脏内皮细胞中也被激活了，因此，本工作探究了心脏内皮细胞Brg1在心脏再生过程中的功能，利用Tg(flk1:CreER;ubi:loxP-DsRed-STOP-loxP-dn-xBrg1)转基因鱼，特异性抑制心脏内皮细胞中Brg1功能，1.研究心脏内皮Brg1调控心肌细胞增殖、纤维化等细胞机制，2.利用RNA-seq、ChIP-seq等分析，揭示心脏内皮Brg1在斑马鱼心脏再生过程中靶基因及信号通路。本研究发现，1.Brg1的mRNA和蛋白在心脏损伤后的血管内皮细胞均被激活；2.在内皮细胞中过表达Brg1的显性负抑制突变基因会抑制心脏再生过程中心肌细胞的增殖，导致纤维化水平增多和心脏不能再生；3.RNA-seq的结果显示，在内皮细胞中特异性抑制Brg1的功能会诱导Notch家族基因的表达，这个结果得到基于Brg1抗体的全基因组ChIP-seq的数据支持；4.分子机制方面，Brg1可以和组蛋白去甲基酶Kdm7aa相互作用，抑制内皮细胞中Brg1功能后会导致Notch家族基因启动子区域H3K4Me3水平增高，从而导致Notch家族基因mRNA水平增加；5.成功构建了Brg1 Knock In斑马鱼品系，为后续研究奠定基础。综上，内皮细胞中的Brg1对于斑马鱼心脏再生是必要的，并且通过与去甲基酶Kdm7aa结合，负调控心脏再生过程中的Notch家族基因表达。本研究丰富了斑马鱼心脏再生机制的理论，为改善哺乳动物心脏再生提供指导作用。