利用POPDC3疾病模型研究病窦综合症的病理发生机制

Sick sinus syndrome（SSS）is the representative disease of arrhythmia. Foreign scholars and the applicant find that POPDC transmembrane gene family is associated with the disease, but the molecular mechanism is unknown. By zebrafish gene knockout model and rat and mouse cardiac cell models, the applicant show that POPDC3 regulates heart development via the new synthesyned transmembrane protein directly entering the nucleus, rather classic receptor transduction pathway, making a hypothesis that POPDC3 persures a first nuclear localization stretage for SSS. Using zebrfish and mouse gene knockout and the sick gene mutation knockin mouse models, the applicant will study the sick phenotype of POPDC3 entering nucleus via its interacting protein ATF4 and their tagets GATA4-Cx30.2 signaling, elucidating the molecular mechanism of the gene mutation with SSS, which will provide guidance for the clinical treatment of SSS.

病窦综合症是心律失常单独发病的代表性疾病，国外学者及申请人发现POPDC跨膜家族基因与该疾病的发生有关，但发病分子机制不明。申请人利用鼠心肌细胞与斑马鱼基因敲除模型，证明POPDC3膜蛋白不通过经典的受体介导信号传导，而是由新合成的跨膜蛋白直接入核调控心脏的功能，进而提出POPDC3以“先核定位策略”调控病窦综合症发生的假设。申请人拟利用斑马鱼和小鼠模型结合病窦综合症患者材料，研究核内POPDC3蛋白突变导致病窦综合症发生的表型，其是否通过互作蛋白ATF4入核并协同调控疾病的发生，以及两者是否通过靶基因GATA4-Cx30.2信号通路调控病窦综合症的发生，从而阐明POPDC3蛋白调控病窦综合症发生的分子病理机制，为临床治疗病窦综合症提供指导。

本课题建立了POPDC3斑马鱼和小鼠疾病动物模型，探讨了跨膜蛋白POPDC3在心脏中心律不齐（类似人类病窦综合症疾病的基本特征，如窦性停博、交替出现窦性心动过缓与心动过速等，下面称为心律不齐）发生中的作用：（1）利用斑马鱼POPDC3过表达与敲除疾病模型，证明过表达与敲除POPDC3导致心律不齐表型。（2）利用小鼠POPDC3敲除疾病模型，证明敲除POPDC3导致心律不齐表型。（3）证明跨膜蛋白POPDC3通过转运蛋白ATF4直接入核调控GATA4信号的机制。（4）对人类82例心律不齐患者和100例对照进行了全外显子测序，获得一批候选基因。（5）发表有本课题标注的SCI论文18篇，另2篇SCI论文投稿中。（6）有关病窦综合征的研究在国际上产生了影响：被特邀在世界心脏病学大会（CARDIAC 2020）上做主题演讲报告“POPDC3 disease models and Sick Sinus Syndrome”（2020年6月18-20日，瑞士苏黎世，因疫情未成行）；被特邀撰写了有关病窦综合征的综述论文。另在国际和国内学术会议上做了17场大会主题报告或分会场报告（含国际会议报告7次）。（7）作为第一导师培养博士后出站1人，毕业博士5人和硕士10人。总之，本课题首次证明细胞跨膜蛋白POPDC3调控心律不齐（类似人类病窦综合症）的发生，完成了原定的研究计划，取得了很好的创新性成果。