Brg1 在斑马鱼心脏再生中的作用及机制研究

Regenerative medicine provides a new concept for the treatment of ischemic heart diseases. Zebrafish has become a powerful animal model for regenerative studies because of its capacity in adult organ regeneration. Our preliminary data show that Brg1, a key member of chromatin remodeling BAF complex, was dynamically expressed during adult heart regeneration, and inhibiting Brg1 interfered heart regeneration, leading to a hypothesis that Brg1 plays an essential role in cardiac regeneration. Here, we plan to 1) determine the expression profiles of brg1 after adult ventricular resection; 2) investigate how Brg1 regulates heart regeneration by applying a transgenic line that dominant-negative brg1 is driven by the hsp70 promoter; and 3) examine the dose effects of Brg1 on heart regeneration by creating new brg1 genetic mutants with the CRISPR/Cas9 technique. The outcome of this study will help us to further understand the cellular and molecular mechanisms of cardiac regeneration and provide new therapeutic targets for human heart regeneration.

哺乳动物的心脏损伤后心肌细胞再生能力极弱，只能通过纤维化来修复受损部位，进而造成心脏收缩功能障碍。而斑马鱼等低等动物在心脏部分损伤后可以完全再生。我们利用斑马鱼心脏部分切除模型研究心脏再生的分子机理。我们的前期工作表明，染色质重塑复合体中的关键分子Brg1在斑马鱼心脏损伤局部表达明显增加，而抑制Brg1正常功能导致心肌细胞的增殖明显降低，因此我们提出假说，Brg1在斑马鱼心脏再生过程中起重要作用。我们计划1）详细分析brg1在斑马鱼心脏损伤后的表达图谱；2）研究抑制Brg1的正常功能对心脏再生的作用，以及Brg1参与心脏再生的分子、细胞机制；3）探讨brg1遗传突变体中brg1表达水平的改变对心脏再生的影响及分子机理。目前国际上这方面的研究刚刚起步，期望通过这个项目加深对斑马鱼心脏再生机理的了解，为激发哺乳动物及人类的心脏再生潜能，进而治疗缺血性心脏病提供理论基础和新的靶点。

成年斑马鱼的心脏在受到损伤后可以完全再生，而哺乳动物和人类心脏损伤后再生修复潜能有限，针对斑马鱼心脏再生机制的研究有望为心脏再生医学提供新靶点和新技术。在本项目实施过程中，我们基本按照原定计划研究了Brg1在斑马鱼心脏再生中的作用，详细分析了其作用的细胞及分子机制，并取得预期成果。首先分析了Brg1 在斑马鱼心脏再生过程中的表达变化和细胞定位，发现在斑马鱼心脏部分切除后，Brg1在损伤附近区域的心肌细胞、内皮细胞及免疫细胞中表达均上调；发现Brg1 对斑马鱼心脏再生是必须的，全身或心肌细胞、内皮细胞特异性过表达Brg1显性负突变体均可以抑制心肌细胞的增殖从而抑制心脏再生。RNA-seq分析显示，抑制Brg1使cdkn1c及cdkn1a等的表达升高。针对Brg1作用的分子机制的研究表明，Brg1 可以和Dnmt3ab相互作用，通过DNA 甲基化调控cdkn1c的表达从而影响斑马鱼心肌细胞增殖。以上工作已经发表于Nature Communications。此外，在本课题进行的过程中，为了研究局部敲低某一基因对斑马鱼心脏再生的影响，我们研发了利用纳米材料携带特异siRNA注射到损伤心脏的局部引起靶基因表达降低的新技术，此部分工作发表于Developmental Biology。在本项目的实施过程中，培养了一名博士后人员，三名博士研究生，多次参加国内外学术会议进行交流。