SCO2/TYMP在血管新生过程中的作用及其机制研究

Angiogenesis is an essential process for the formation of a complete vascular system, and abnormal angiogenesis during embryonic development can lead to severe congenital cardiovascular malformations. Previous studies have found that thymidine phosphorylase (TYMP) is a new disease-causing gene of total anomalous pulmonary venous connection (TAPVC) while cytochrome c oxidase assembly protein (SCO2) may be its upstream regulator. Studies have shown that TYMP is an important regulator of angiogenesis, but its molecular mechanism of angiogenesis has not been clarified, as well as the relationship between SCO2 and angiogenesis. We found that SCO2 can affect proliferation, migration and angiogenesis of HUVECs, and also affect zebrafish angiogenesis by regulating TYMP. Based on our pre-experiments, this project intends to find the pathways by which SCO2/TYMP affect angiogenesis of endothelial cells, and investigate the interaction mechanism of SCO2/TYMP through CO-IP experiments. Besides, we further explore the role of SCO2/TYMP in embryonic angiogenesis and its mechanism using CRISPR/CAS9 and Mopholino technologies. Thus broadening the vision of embryonic angiogenesis and its molecular mechanisms, which could provide a basis for early diagnosis, genetic counseling and treatment of congenital cardiovascular malformations.

血管新生是形成完整血管系统的必要过程，胚胎发育过程中血管新生异常可导致严重的先天性心血管畸形。前期研究发现胸苷磷酸化激酶（TYMP）是TAPVC的新发致病基因，细胞色素环氧化酶（SCO2）可能是其上游调控因子。研究表明TYMP作为血管新生的重要调控因子,其对血管新生的分子机制尚未明确，而SCO2与血管新生的关系现尚无任何报道。我们前期研究发现SCO2可通过调节TYMP影响HUVECs细胞增殖、迁移、血管生成及斑马鱼血管新生的过程。在预实验基础上，本项目拟进一步明确SCO2/TYMP通过下游何种通路影响内皮细胞的血管新生，通过CO-IP实验深入探讨SCO2/TYMP的互作机制，采用CRISPR/CAS9和Mopholino技术研究SCO2/TYMP在胚胎血管新生过程中作用及其机制，从而拓宽对胚胎血管新生及其分子机制的认识，为今后对先天性心血管畸形的早期诊断、遗传咨询和治疗提供研究基础。

研究背景：血管新生是形成完整血管系统的必要过程，胚胎发育过程中血管新生异常可导致严重的先天性心血管畸形。作为一种极为罕见的先天性心脏病，完全性肺静脉连接异常（TAPVC）尽管在诊断和治疗方面取得了相当大的进展，但患儿的生存率和预后仍不令人满意。本研究旨在强调胸苷磷酸化酶（TYMP）是TAPVC发病机制中一个新的分子决定因素，并探索其对内皮细胞功能和胚胎血管发育的影响。.方法和结果：我们通过二代测序技术从TAPVC患儿血液DNA中发现了5个新的TYMP突变位点。并且在TAPVC患儿的静脉组织中，TYMP的蛋白表达明显低于对照组，这种蛋白的减少也通过蛋白质稳定性检测和酶活性检测进一步证实。TYMP的缺乏直接影响了的内皮细胞功能。Chip-qPCR和荧光素酶报告基因实验表明，转录因子NR2F2在静脉内皮细胞中特异性表达，直接参与调节TYMP转录。然后通过CO-IP和PLA实验，我们证实TYMP与SCO2的直接相互作用。TYMP和SCO2可以在体外调节内皮细胞的功能，并影响斑马鱼的心脏环化和胚胎血管的发育。TYMP内皮细胞特异性敲除小鼠在Matrigel实验以及主动脉环实验中出现明显的血管生成障碍。此外，我们进一步发现TYMP和SCO2的下游是VEGFA-VEGFR2信号通路，VEGFA可以部分地挽救由TYMP敲除导致的内皮细胞功能缺失。.结论：本项目研究结果确定TYMP是内皮细胞功能和胚胎血管发育的重要驱动基因，并揭示了TAPVC发病机制的内在机制。本研究提供了体外和体内模型的实验证据，为TAPVC的诊疗新策略打开了一个全新的领域。