基于果蝇转基因沉默表达体系研究运动抗心脏衰老候选基因Ldhal6b的功能

果蝇是心脏遗传和发育研究的理想模式动物，近些年研究表明衰老相关的重要信号通路在哺乳动物与果蝇之间高度保守，果蝇生命周期短、遗传背景清晰、表型易于观察、转基因技术成熟，作为心脏器官衰老研究的模式动物极具优势。前期研究采用基因组芯片技术和生物信息学分析方法，研究了规律有氧运动后中老年大鼠心肌组织基因表达模式。本研究根据基因在调控网络中的关联程度和差异表达情况，从基因功能富集的能量代谢途径中筛选出Ldhal6b作为运动抗心脏衰老的候选基因；通过对Ldhal6b进行结构相似性分析和蛋白功能预测，确定果蝇种属的同源基因ImpL3为功能研究的目标基因；建立果蝇运动模型，采用转基因P因子插入突变和RNAi沉默技术，应用反向遗传学基因功能研究策略，探讨ImpL3基因功能沉默或缺失对果蝇心脏衰老的影响。研究可望发现和鉴定Ldhal6b的运动抗心脏衰老新功能，为能量代谢途径影响心脏功能增龄衰退的理论提供依据。

基于以往研究结果，筛选出在基因调控网络中具有重要关联性的基因Ldhal6b作为心脏衰老及运动抗衰老的候选基因,本研究通过蛋白结构预测对候选基因进行相似性比对，确定候选基因的果蝇种属同源基因ImpL3为功能研究的目标基因。本项目研制了果蝇运动装置，建立了果蝇运动抗心脏衰老模型，检测了运动后果蝇心脏抗氧化酶活性的变化，并统计了果蝇生命周期和攀爬能力，采用M-mode心动图检测了ImpL3基因沉默对衰老果蝇心脏功能的影响，并从NAD+的生物合成对ImpL3发挥作用的机制进行了探讨。结果表明：ImpL3基因沉默可增加中老龄及老龄果蝇心脏纤维性颤动的发生，但是对中老龄及老龄果蝇心脏的缩短分数影响不大；ImpL3基因沉默可增加中老龄及老龄果蝇心脏心律不齐指数，随着年龄的增加呈上升的趋势。运动可降低中老龄果蝇心脏纤维性颤动的发生，但是对老龄果蝇心脏纤维性颤动发生的作用不大；运动对中老龄及老龄果蝇心脏的缩短分数影响不大；运动可增加中老龄及老龄果蝇心脏心律不齐指数。运动可降低ImpL3基因沉默中老龄果蝇心脏纤维性颤动的发生，但是对ImpL3基因沉默老龄果蝇心脏纤维性颤动的发生的影响不大；运动对基因沉默中老龄及老龄果蝇心脏的缩短分数影响不大；运动可降低ImpL3基因沉默中老龄果蝇心脏心律不齐指数，但可增加ImpL3基因沉默老龄果蝇心脏心律不齐指数。由于ImpL3是乳酸脱氢酶（LDH）的同源物，可催化乳酸+NAD+→丙酮酸+ NADH，NAD+是ImpL3基因发挥生物学作用的限制因素，故本研究对NAD+生物合成有关的基因进行了筛选，研究表明：NAD+生物合成相关的基因CG9940、PARP1、CG3714、Nmnat对果蝇寿命产生影响，并可影响衰老果蝇心脏功能的发挥。