利用POPDC1疾病模型研究法洛四联症的病理发生机制

POPDC family gene mutation were found to be related to tetralogy of Fallot, but the regulation mechanism is unknown. By zebrafish model, POPDC genes are shown to be involved in embryonic heart development, suggesting that the heart abnormalities and gene mutations are related; cardial cell model of POPDC1 point mutation showed cardial cell morphology abnormalities; and zebrafish POPDC1 point mutation model showed cardiac structure and physiology phenotype; molecular analysis showed that the GATA4 associated with tetralogy of Fallot is POPDC1 target gene. Cardial cell, zebrafish and mouse models with POPDC family gene mutation will be used to study the physiological function and mutant phenotype between the point mutation of POPDC1 gene and cardiac morphology, to explore the molecular mechanism of the gene point tutation with congenital heart disease, laying the foundation for further elucidating the relationship between POPDC genes and tetralogy of Fallot.

国内外学者及申请人发现POPDC家族基因突变与法洛四联症的发生相关，但POPDC家族基因调控该疾病发生的机制未知。申请人利用斑马鱼模型证明POPDC家族基因与胚胎心脏发育有关，推测该家族基因突变导致的心脏结构异常与人类先心病的发生有关；通过模仿人类POPDC1基因点突变构建的心肌细胞模型证明，POPDC1结构域随机点突变均导致明显的心肌细胞形态畸形；通过建立的斑马鱼POPDC1点突变模型分析表明，其突变导致心脏结构与生理学表型；申请人拟利用模拟法洛四联症疾病突变的心肌细胞、斑马鱼与小鼠动物模型，以POPDC3基因为代表， 分析POPDC家族基因完全突变与点突变导致的心脏形态及生理功能突变表型，探讨基因与先心病发生的分子调控机制，为进一步阐明POPDC家族基因与法洛四联症发生的关系奠定基础。

本课题针对POPDC1突变与法洛四联症发生的关系及其在动物体内的分子病理机制结合患者样本进行了研究：（1）在309例法洛四联症患者血样或右心室流出道样本（对照为200余例正常人血样和一些心脏样本）检测出5种POPDC1点突变，其中点突变c.385C＞T（R129W）在所有6例出现该点突变的法洛四联症患者右心室流出道样本中的转录表达均显著下调，该点突变基因的蛋白表达也显著下调；进一步研究表明该点突变会降低自身的转录活性，产生亚等位基因失效或者敲低的效应，影响SHF分化发育相关的基因GATA4和Nkx2.5的转录活性，是与法洛四联症发生有关的功能性点突变；（2）POPDC1在72%的法洛四联症右心室流出道样本中的表达显著下调，其相应的蛋白表达也显著下调；法洛四联症病症指标分析表明，在TOF患者中POPDC1表达下调与法洛四联症病症指标M率相关，提示POPDC1单倍剂量不足表达表型与疾病发生相关；（3）动物疾病模型与拯救实验表明POPDC1单倍剂量不足是导致流出道（法洛四联症的关键结构异常）出现狭窄表型的原因；（4）法洛四联症心脏样本与报道基因等分析表明：第二心域基因GATA4和Nkx2.5可能参与流出道形成的调控。动物疾病模型证明POPDC1通过调控Nkx2.5等的表达进而控制心脏流出道的正常发育。（5）本课题通过动物疾病模型结合人类疾病样本研究表明：POPDC1通过GATA4-Nkx2.5信号调控法洛四联症发生。2018年吴秀山教授受邀在第23届欧洲心脏病大会作了“POPDC基因与法洛四联症”的大会主题报告，学术杂志J Clin Exp Cardiol以大会主题报告摘要的形式予以刊登。（6）发表SCI论文17篇，另3篇SCI论文投稿中，1篇受邀撰写专著章节：脊椎动物心脏的发育。（7）培养毕业博士5人、硕士16人。（8）在国内外作大会主题报告、大会报告等学术报告17次（含国际会议7次）。总之，本课题超额完成了原定的研究计划，取得了很好的创新性成果。