儿茶酚胺敏感性多形性室速中钙离子释放通道突变的致病机制研究

Catecholaminergic polymorphous ventricular tachycardia (CPVT) is an inherited cardiac arrhythmia, characterized as exercise- or emotion-induced arrhythmias, syncope, and sudden death. It has been demonstrated that mutations in gene encoding calcium release channels (ryanodine receptor type 2, RyR2) in cardiac myocyte directly linked to CPVT, almost 50% of proband have mutant RyR2. Our previous studies mainly focus on the arrhythmogenic mechanism of genetic mutations in defects in the structure, conformation dynamics, and functions in RyR2. Very recently, we have identified a new RyR2 mutation in a CPVT patient, A690E. Our preliminary structural analysis indicated the mutation is located in the binding site of FKBP, a RyR2 modular protein. Our hypothesis is that mutation affects the normal interaction between RyR2 and FKBP, causes RyR2 channel instability. We will test this hypothesis by generating a knock-in mouse, and investigate the relationship between RyR2 mutation and CPVT at molecular, cellular, tissue, and animal model levels. This knowledge will significantly advance our understanding of the structural basis of the mutant RyR2 dysfunction in CPVT.

儿茶酚胺敏感性多形性室速 (CPVT) 是一种具有遗传特征的原发性心电疾病，以运动或情绪激动后出现晕厥、猝死为主要临床表现。研究证实心肌细胞中钙离子释放通道 (RyR2) 遗传变异是CPVT的主要原因，先证者中约有50%存在RyR2的突变。我们前期的工作围绕与RyR2的遗传突变开展，集中于研究突变位点的定位以及突变对蛋白结构、构象变化和功能的影响，并深入探讨致病的机制。近期，我们从一例CPVT患者身上筛查到一个全新的RyR2突变位点A690E，预实验结果表明该位点位于RyR2三维结构中与调控蛋白FKBP结合部位。基于预实验的结果，我们提出该突变通过干扰RyR2-FKBP正常结合，进而造成RyR2功能紊乱的科学假说。我们将构建转基因小鼠，采用生化、电生理、结构生物学及细胞生物学等方法，在动物、组织、细胞和分子层面探讨该突变对RyR2结构和功能的影响。为阐明CPVT的分子机制奠定基础。

儿茶酚胺敏感性多形性室速(CPVT)是一种具有遗传特征的心电疾病，以运动或情绪激动后出现晕厥、猝死为主要临床表现。研究证实心肌细胞中钙离子释放通道(RyR2)遗传变异是CPVT发病的主要原因。RYR2基因突变对其编码钙通道的结构以及功能的影响尚不清楚，本项研究重点在探讨突变是如何造成钙通道蛋白结构与功能的紊乱，引发心律失常与心源性猝死的分子机制。在本项基金资助下，主要的研究内容、重要结果、关键数据和科学意义总结如下：(1).在一例有心源性猝死家族史的家系中鉴定出一个全新的与猝死和CPVT相关的RYR2基因突变；构建了转基因小鼠，在模式动物层面上验证了该突变为致病突变；在小鼠心肌细胞中检测了基因突变而导致钙通道的功能异常；通过对蛋白质大分子结构精准定位，发现A690E突变通过解离钙通道稳定因子FKBP造成钙离子泄露，进而引发心肌收缩紊乱，从根本上揭示了突变引发CPVT的致病的机制。(2).对临床上心律失常病人进行基因检测，筛查出了另一例与CPVT相关的RYR2突变；构建了转基因小鼠，验证了该突变为致病突变；对突变位点进行结构定位，揭示了突变干扰钙通道构象稳态而引发钙离子泄露，该分子机制与第一部分中发现的致病机制完全不同。(3).探索了与钾通道KCNK1相关的心肌细胞双重膜电位研究，构建了KCNK1过表达小鼠，在低血钾状态下突发室速与室颤，并引发心源性猝死，揭示了KCNK1在低血钾症中的分子机制。(4).探索了干细胞外泌体改善心肌梗死的机制研究。(5).探索了JNK1/2和NF-κB信号通路在缺血性心脏病中引发细胞凋亡的分子机制。在项目执行的四年中，申请立项的研究内容均按计划实施，研究目标已全部完成。发表SCI论文6篇。毕业博士研究生2人，硕士研究生2人。课题组成员获得国家自然科学基金面上项目1项、青年项目3项、上海市科委扬帆计划1项。