Polycomb 介导GATA-4/ PPARs 蛋白复合体在心肌分化及先天性心脏病发生中的作用机制

Cardiac-specific differentiation is the key to the heart development. We found that the transcription factor GATA-4 and peroxisome proliferator-activated receptors PPARs could induce cardiac differentiation, and they can form protein complexes. Although the protein complexes synergistically activate the transcription of α –MHC,which is a cardiac marker gene, they can not synergistically induce cardiac differentiation of P19CL6 cells . Given the Polycomb proteins are able to inhibit gene expression, we propose the hypothesis that Polycomb mediated GATA-4 / PPARs protein complexes to regulate cardiac differentiation. To address the hypothesis, we will first use mice with gain or loss of Ring1 to determine the binding of proteins such as Ring1, H3K4me3, H3K9me3, H3K27me3 and HP1 to the α-MHC promoter, the heart defects, and the expression of α-MHC. Next, we will analyze the effects of Ring1/GATA-4 / PPARs on chromatin structure. We will also analyze whether Ring1 induces GATA-4 and PPARs monoubiquitination, and forms protein complexes with GATA-4 and PPARs. These complementary lines of investigation will provide insight to understand the regulatory mechanisms of myocardial differentiation, which could provide more clues for prevention and treatment of congenital heart disease.

心肌的特异分化是心脏发育的关键。我们发现，转录因子GATA-4与过氧化物酶体增殖物激活受体PPARs 都能诱导心肌分化，二者形成的蛋白复合体虽然能协同激活心肌分化标志基因α-MHC转录, 但不能协同诱导P19CL6 细胞向心肌分化。鉴于Polycomb 蛋白复合体能够抑制基因表达, 我们提出了“Polycomb介导GATA-4/PPARs 蛋白复合体调控心肌分化”的假说，并拟进行下列研究：首先，根据gain of function 和 loss of function原则，分析Polycomb组分Ring1与α-MHC基因启动子的结合，及对心脏发育和α-MHC表达的影响；其次，分析Ring1对染色质结构的影响，及是否使GATA-4 及PPARs 发生单泛素化修饰，是否与GATA-4 /PPARs 形成蛋白复合体等。上述研究将进一步阐明心肌分化的分子机理，为先天性心脏病的防治提供更多线索。

先天性心脏病是心脏发育过程中某一环节异常而造成的心脏血管畸形,包括房间隔缺损、室间隔缺损、动脉导管未闭、法洛氏四联症等。作为发生率最高的出生缺陷，它不仅影响患儿生长发育，还可引发心力衰竭、恶性心律失常甚至猝死。因此, 从分子水平探索先天性心脏病的病因和发病机理, 则对预防先天性心脏病, 降低其发病率和致死率具有重要意义。..心脏由中胚层衍生而来, 其前侧板中胚层的区域一旦受到向心肌特异分化的 “指令”, 则形成新月型生心区 。 随后生心区发育成直心管，直心管继续延长并向右扭转，由此产生心脏的 “基本构建平台”。在此基础上,具有四个腔室的心脏和传导系统得以最终形成。在这些过程中，中胚层祖细胞能否向心肌细胞特异分化是非常关键的。因此，深入探索心肌分化的分子机制，对于揭示先天性心脏病的发病机理有重要价值。..本研究分析了GATA-4 协同PPARs 在心肌分化中的作用机制，也分析了Polycomb蛋白复合体在心肌分化中的作用机制，并进一步探索了Polycomb介导PPARs / GATA-4蛋白复合体调控心肌分化的作用机制。结果表明：Polycomb家族成员EZH2，Bmi1和Ring1b与PPARa / GATA-6组成蛋白复合体，其中Ring1b使PPARa/GATA-6发生单泛素化修饰，抑制PPARa/ GATA-6对alpha-MHC的转录激活，从而抑制PPARa / GATA-6诱导的心肌分化。同时，我们还发现：GATA-4和GATA-6与PPAR家族成员gamma 和 delta相互结合，在心肌细胞分化中发挥作用。上述研究阐明心肌分化的机理，同时也为先天性心脏病的临床防治提供更多线索。