心脏再生的分子遗传机制

Gaining knowledge on heart regeneration is the basis of cardiac regenerative medicine. Zebrafish becomes a powerful animal model for studying heart regeneration because it possesses incredible capacity of heart and other organ regeneration. Here we first plan to establish a new conditional knockout technology in zebrafish by applying Cas9 nuclease; then to address how hydrogen peroxide primes zebrafish heart regeneration by investigating conditional knockouts of gata5, gata6, dusp5 and dusp6; and finally to attempt at improving cardiac regenerative potential after depleting putative regenerative repressors dusp5 and/or dusp6 in rats. Our study may lead to developing conditional knockout technology in zebrafish and discovering new molecular mechanisms on adult heart regeneration, as well as laying solid foundation for new interventions and treatments in cardiac regenerative medicine.

斑马鱼因具有强大的器官再生能力而成为研究多种器官包括心脏再生的主要模式动物。本课题利用最新的Cas9/gRNA介导的条件基因敲除手段，深入研究过氧化氢信号在斑马鱼和大鼠心脏再生中的功能。第一，建立心肌细胞特异表达的CreERT2转基因斑马鱼，CreERT2转基因斑马鱼与Cas9/gRNA诱导的LoxP-floxed的gata5或其它基因突变体斑马鱼交配，产生的后代经4-OHT诱导而实现细胞特异性基因敲除。第二，我们发现gata5, gata6, dusp5和dusp6在斑马鱼心脏再生中转录活性提高，并且这种改变依赖过氧化氢信号。利用心肌或心外皮细胞条件敲除这些基因，研究它们在心脏再生中的功能和相关分子机制。第三，探索心脏再生抑制分子Dusp5和Dusp6基因敲除是否能改善大鼠心肌再生功能。研究结果将不仅开创心脏再生生物学新技术和新机制，而且为心脏再生医学发展提供理论基础。

因为斑马鱼具有强大的器官再生能力，所以已经成为研究多种器官包括心脏再生的主要模式动物。本课题利用最新的Cas9/gRNA介导的条件基因敲除手段，建立了心肌细胞特异表达的CreERT2转基因斑马鱼，CreERT2转基因斑马鱼与Cas9/gRNA诱导的loxP-floxed的brg1 或 dnmt1基因突变体斑马鱼交配，产生的后代经4-OHT诱导而实现心肌细胞特异性基因敲除，条件性基因敲除技术的建立为成年器官再生修复的分子机制研究提供了新的技术手段。第二，我们发现brg1在斑马鱼心脏再生中转录活性提高，并且这种改变依赖过氧化氢信号。利用心肌或心脏内皮细胞条件性过表达dominant-negative brg1 (抑制Brg1功能)转基因斑马鱼品系，发现Brg1与Dnmt3ab 或 Kdm7aa相互作用，从而调控心肌细胞增殖、心脏纤维化和心脏再生。第三，发现心脏再生抑制分子Dusp6基因敲除能改善大鼠心肌再生修复功能，揭示Dusp6突变体中性粒细胞对心肌细胞的损伤减少。这些结果提示，深入研究斑马鱼心脏再生信号通路的分子机制有望指导改善哺乳动物包括人心肌梗塞后的再生修复。本项目的研究结果不仅建立了斑马鱼基因条件性敲除新新技术，同时揭示了调控斑马鱼和大鼠心脏再生修复的新机制，已经申请一项专利，这些成果将为心脏再生医学的发展提供理论基础。