MicroRNA调控人源心肌细胞增殖的分子机理研究

Human heart muscles have poor regeneration potential, and heart cannot repair itself after myocardial damage. Cardiomyocyte proliferation plays an important role in cardiac regeneration. Data reveals that microRNAs efficiently promote animal cardiac regeneration, but which microRNAs enable to promote human cardiomyocyte proliferation remains unknown. Human pluripotent stem cells can be differentiated into cardiomyocytes in vitro. The initial differentiated cardiomyocytes proliferate efficiently, but the proliferative capacity decreases with time, which offers us an ideal model to study cardiomyocyte proliferation. We systematically analyzed dynamic microRNA expression profiles, followed by experiments, and identified two microRNAs that enable to promote cardiomyocyte proliferation. We will further study the effects of microRNA overexpression/inhibition on cardiomyocyte proliferation and other functions in human cardiomyocytes, zebrafish and mouse. We will identify their target genes by bioinformatics and molecular biology techniques. We will investigate if target gene knockout can promote cardiomyocyte proliferation. Finally, we will investigate the effect of microRNA treatment on myocardial infarction mice. This project will offer novel molecular targets for the myocardial infarction therapy.

人心肌再生能力非常弱，心肌受损后心脏无法自身修复。心肌细胞分裂增殖是心肌再生的关键，实验表明microRNA能够有效促进动物心肌细胞增殖，但哪些microRNA能够促进人源心肌细胞增殖还不清楚。人体多能干细胞在体外可以分化成心肌细胞，初始得到的心肌细胞增殖能力强，增殖能力随时间下降，这为我们提供了研究调控心肌细胞增殖的理想模型。我们通过系统分析人源心肌细胞microRNA动态表达谱，并结合实验筛选到了两个可以高效的促进心肌细胞增殖的microRNA。本项目拟在人源心肌细胞、斑马鱼和小鼠中过表达/敲低microRNA，进一步研究它们对心肌细胞增殖的促进作用以及对心肌细胞功能的影响，通过生物信息学和分子生物学手段鉴定它们的靶基因，并研究在心肌细胞中敲除靶基因是否也可以促进心肌细胞增殖，最后通过小鼠心梗模型研究过表达microRNA对心脏的治疗效果。本项目将为心梗的治疗提供新的靶标分子。

心肌梗塞导致大量心肌细胞死亡，心肌细胞无法有效再生，威胁生命。诱导内源性心肌细胞增殖是心脏再生的关键策略之一。实验表明microRNA能够有效促进动物心肌细胞增殖，但哪些microRNA能够促进人源心肌细胞增殖还不清楚。人体多能干细胞在体外可以分化成心肌细胞，初始得到的心肌细胞增殖能力强，增殖能力随时间下降，这为我们提供了研究microRNA调控心肌细胞增殖的理想模型。我们系统的分析了心肌细胞从干细胞分化的第0、2、4、6、18、30天microRNA动态表达谱。在高表达的microRNA中，发现miR-25在早期心肌细胞中富集，但其表达随时间而降低。实验进一步证明miR-25过表达能够促进心肌细胞增殖。RNA测序（RNA-seq）分析表明，与细胞周期信号相关的基因受到miR-25过表达的强烈影响。我们还证明miR-25通过靶向FBXW7促进心肌细胞增殖。最后我们在斑马鱼中通过敲低和过表达miR-25，证明miR-25同样可以调控斑马鱼心肌细胞的增殖。过表达miR-25可以增加斑马鱼心肌细胞数量，还可以增加心肌细胞的大小。..我们随后又鉴定到了miR-302d可以促进心肌细胞增殖。miR-302d曾经被报道可以促进啮齿类动物心肌细胞增殖。但是microRNA的功能具有物种差异，是否能够促进人类心肌细胞增殖还不清楚。在本研究中，我们发现在心肌细胞分化过程中的表达从第4天到第18天显著降低。实验证实过表达miR-302d可以促进心肌细胞增殖。我们还发现miR-302d通过靶向Hippo通路中的LATS2促进心肌细胞增殖。RNA-seq分析显示miR-302d过表达诱导了广泛的基因表达变化，主要集中在细胞周期基因上。我们的研究为miR-302d的治疗潜力提供了进一步的证据。..我们最后又鉴定到了miR-10b可以促进心肌细胞增殖。miR-10b在早期的心肌细胞中表达富集，但随着时间的推移表达降低。miR-10b的过度表达促进心肌细胞增殖，而敲低表达抑制心肌细胞增殖。实验还表明miR-10b过表达保护心肌细胞免于凋亡。miR-10b通过直接靶向LATS1发挥作用，LATS1是Hippo通路的主要组成部分。综上所述，miR-25、miR-302d和miR-10b在心脏再生方面具有应用前景。