果蝇wg基因心力衰竭功能研究模型的建立与应用

心力衰竭被誉为二十一世纪的流行病，从基因水平深刻揭示心力衰竭发病的分子机制是心血管病研究的重大目标。利用心力衰竭基因筛选模型，前期大规模筛选了果蝇全基因组缺失系及RNAi系，获得了庞大的心力衰竭候选基因群体。如何在短期内快速完成这些候选基因的功能鉴定成为当前另一重大课题。本项目以申请人筛选的候选基因wg为例，利用果蝇条件基因敲除技术和特异心肌细胞的UAS-Gal4定位表达系统，建立"wg基因心力衰竭功能研究模型"。再利用心力衰竭检测技术平台、荧光心脏标记和心脏生理功能分析系统对"wg基因心力衰竭功能模型"成蝇的心力衰竭率、心肌细胞形态、数目与排列以及M型心电图、心脏收缩与舒张期各项生理指标开展详细的功能研究，并结合人类心力衰竭病人家系和病变标本，确定wg基因及Wg/Ca2+途径在心力衰竭中的功能与作用机制，为建立一个普适性的心力衰竭基因功能研究模型并大规模阐明心力衰竭候选基因的功能服务。

本课题组前期利用果蝇心力衰竭模型大规模筛选了一批果蝇染色体缺失系，得到了一批可能调控果蝇成体心脏功能及心力衰竭的候选基因，本课题的立意就是以候选基因wg为例，建立果蝇“心力衰竭功能研究模型”，以便高效快捷地验证和确定这些候选基因与成体心脏功能及心力衰竭的相关性。主要研究内容是首先利用各种突变系、P因子插入系、UAS-RNAi系以及P转座子敲除技术、TALEN和CRISPR打靶技术建立wg基因及Wg信号途径几个关键基因的“心力衰竭功能研究模型”，再利用本课题组建立的心力衰竭检测技术平台、荧光心脏标记和心脏生理功能分析系统对这些果蝇模型开展成体心脏生理功能和心力衰竭发生率的研究，得到的结果是：（1）wg基因对成体果蝇的心电图和心脏生理功能影响不大，尤其是对果蝇的心脏周期HP、心律不齐指数AI和缩短率FS影响较小，说明wg基因本身对果蝇成体心脏功能和心力衰竭无明显作用。（2）建立了Wg信号途径中的arm,TCF,lgs等基因的“心力衰竭功能研究模型”，发现内源性的TCF(pan)和lgs基因对果蝇成体心脏生理功能的各项指标均无显著影响，但是arm(β-catenin)基因对果蝇成体心脏功能有一定的影响，表现为arm基因失活后，心脏周期HP、心律不齐指数AI、收缩间隔SI和舒张间隔DI都明显升高了。（3）通过建立和研究Wg信号途径另一个关键基因pygo基因的“心力衰竭功能研究模型”发现，pygo基因在心脏特异沉默会导致果蝇成体心脏的各项生理功能指标下降，且这种下降可以通过pygo本身过表达而修复；pygo基因功能缺失还导致果蝇心管心肌纤维排列紊乱，心管阀门也不能形成，且这些功能缺陷会随着年龄增长而加剧，从而证明了pygo基因是影响果蝇成体心脏生理功能和心脏衰老的关键基因。（4）将pygo基因与wg基因以及Wg信号途径其他基因建立遗传互作模型，发现pygo基因与wg基因以及Wg信号途径其他基因相互作用并不能加强pygo基因的心脏衰老表型，说明pygo基因对果蝇心脏衰老的调控可能并不通过经典的Wg信号途径，而是通过其他分子机制发挥作用。（5）本课题第一次证明了果蝇wg基因及Wg信号途径对果蝇心力衰竭的调控机制。（6）课题共已发表标注论文9篇，其中SCI论文8篇。（7）课题共培养博士研究生5人，硕士研究生8人。