心房肥大导致心猝死的FKBP-RyR复合体相关基因的细胞机制研究

Sudden Cardiac Death (SCD) is one of the most challenging subjects in cardiac vascular field. However, its cellular genetic mechanism on molecular biology remains unclear. In this application, based on our finding of that the whole-heart cardiac overexpression of FKBP1A gene driven by MHC promoter resulted in atrium enlargement leading to cardiac arrhythmia, we propose to explore the cellular genetic mechanism of the atrium-enlargement caused atrial fibrillation and enhance the understanding on molecular cell biology of the SCD related to FKBP-RyR complex in cardiomyocyte by utilizing FKBP1A transgenic mouse and cardiac RyR hemizygous deletion mouse models. The proposal here focuses on the following specific aims: (1) To reveal if the atrium enlargement in the FKBP1A gene overexpression transgenic model is caused by an increased cardiomyocyte proliferation, or a hypertrophic enlargement of the individual atrial cardiomyocytes; (2) To comparatively analyze expression patterns of their FKBP-RyR complex and its regulation proteins within the development of the atrium and ventricle in the transgenic animals; (3) To reveal if, or not, the atrium enlargement is associated with cardiac vascular system in the heart by comparing that within the animal models and in vitro culture system. The FKBP-RyR complex and its regulation proteins will be investigated as well as the above; (4) To impersonate the cardiac arrhythmia on the animals, we utilize the over-exercise and emotional stress on the animals. With the stresses, we intend to explore the mechanism of the atrial fibrillation on the molecular biology of the cells.

心脏源猝死是心血管疾病研究领域最具挑战性的方向之一，而此疾病的细胞遗传分子机理尚不清晰。本申请中，基于MHC启动子驱动的FKBP1A基因全心脏过表达仅导致心房肥大，进而引发房颤心律不齐的发现，使用FKBP1A转基因小鼠和心脏特异RyR基因敲除杂合子模型小鼠，以期揭示FKBP-RyR复合体及相关调节蛋白的心房肥大导致心脏猝死分子细胞生物学机制：（1）确证FKBP1A基因表达的FKBP12蛋白全心过表达导致心房的体积增大是由于心房心肌细胞过量增殖，还是心房心肌细胞个体体积增大；（2）比较检测FKBP-RyR复合体等蛋白在心房心肌细胞和心室心肌细胞发育中表达模式的异同；（3）对照体内和体外细胞培养体系中的心肌细胞和内皮细胞，探讨此基因过表达在心肌细胞与心血管内皮细胞中引起的改变；（4）模拟剧烈运动和激烈情绪波动，以揭示心房肥大心律不齐引发心脏猝死的FKBP12和RyR2相关细胞遗传分子机理。

猝死主要分为脑源猝死和心脏源猝死两种，它们都是抢救时间极短、会使得无法及时抢救导致脑缺血而迅速死亡。心脏源猝死是心血管疾病研究领域最具挑战性的方向之一，而此疾病的细胞遗传分子机理尚不清晰。本课题的实施基于MHC启动子驱动的FKBP1A基因全心脏过表达仅导致心房肥大，进而引发房颤心律不齐的发现，使用FKBP1A转基因小鼠和心脏特异RyR基因敲除杂合子模型小鼠，以期揭示FKBP-RyR复合体及相关调节蛋白对心房肥大导致心脏猝死分子细胞生物学机制。通过实施，我们取得了重要的进展，为揭示心脏源猝死提供了有价值的研究成果，具体结果如下：（1）解决了课题的重要科学问题，揭示了FKBP1A基因表达的FKBP12蛋白全心过表达导致心房的体积增大是由于心房心肌细胞是心房心肌细胞个体体积增大而造成【详见“执行情况（II）”，后简写为“执行”】。（2）比较检测了FKBP-RyR复合体等蛋白在心房心肌细胞和心室心肌细胞发育中表达模式的异同【详见“执（II、IV和V）”】。（3）对照体内和体外细胞培养体系中的心肌细胞和内皮细胞，揭示了该基因过表达在心肌细胞与心血管内皮细胞中引起的改变【详见“执行（III）”】。（4）通过模拟运动干预，以揭示心房肥大心律不齐引发心脏猝死的FKBP12和RyR2相关细胞遗传分子机理【详见“执行（IV）”】。在完成本基金项目预定研究任务的同时，还进行了以下三个内容的研究工作，一方面，更加深入揭示心脏源猝死的分子遗传细胞机理，也为该课题的进一步深入打下了很好的基础。这三个研究内容是：（5）通过使用横向主动脉狭窄技术对小鼠心功能施以胁迫，发现了FKBP-RyR复合体中调节蛋白FKBP12导致心功能异常，以及心猝死的FKBP12相关发病机理【详见“执行（V）”】。（6）发现了非FKBP-RyR直接机制的NG37新基因功能【详见“执行（I）”】。（7）首次在进化发育高度分化的果蝇中，发现DrRyRy-FKBP复合体中的各组分对包括运动器官及大脑等的早期发育具有重要意义【详见“执行（VI）】，揭示FKBP-RyR复合体在昆虫运动中的普适性。