心肌钙信号与活性氧信号的调控研究

钙离子和ROS是细胞中重要的信使物质，参与各种生命活动。钙信号和ROS信号相互调控，对细胞正常功能发挥具有极其重要的作用。本课题拟利用我们新发明的超氧阴离子荧光蛋白指示剂，以超氧炫信号为基础，结合钙荧光探针和激光共聚焦显微成像技术，研究胞浆钙信号对超氧炫的调控、钙火花与超氧炫的调控及线粒体钙信号与超氧炫的调控，从新的视角来探讨细胞钙信号系统与ROS信号系统的相互作用及机制，并进一步研究钙信号和ROS信号在心肌肥大、心肌梗死等心脏疾病发病过程中的变化，探讨心脏疾病的发病机制。

本项目一方面研究超氧炫信号的调控机制及生理功能,发现线粒体钙信号和本底ROS信号对超氧炫信号具有协同调控作用，解析了新的超氧炫调控机制；另一方面研究了新蛋白MG53所介导的心肌细胞膜修复作用及其机制，并进一步研究了其在心肌缺氧-再灌注损伤中的作用。主要研究进展包括：1）发展了新的线粒体超氧炫信号检测软件“FlashSniper”, 建立了超氧炫信号自动检测分析平台，能够大规模、高效、准确地检测超氧炫信号；利用该平台, 分析了1800多个心肌细胞超氧炫事件，发现超氧炫信号的上升相存在三种不同的方式，即快上升、慢上升和台阶式上升，进一步分析发现超氧炫信号特征呈现高度多态性。2）发现高渗刺激能够大幅度增加超氧炫的频率，机制研究表明高渗刺激所导致的线粒体钙摄取和本底ROS信号参与触发超氧炫，进一步发现线粒体钙信号和本底ROS信号能够协同性调控超氧炫，揭示了新的超氧炫调控机制，功能研究发现高渗所诱导的超氧炫信号参与调控细胞应急应答因子JNK和P38的激活。3）发现新蛋白MG53 在心肌细胞的膜损伤修复过程中发挥重要作用, 而且该MG53 介导的细胞膜修复作用能够保护缺氧-再灌注所导致的心脏损伤。进一步的机制研究表明，心肌细胞中MG53 介导的细胞膜修复作用依赖于细胞膜上的胆固醇，不仅揭示了胆固醇的一项新的重要生理功能, 而且提供了心脏损伤的一种新机制, 为探索新的心衰治疗策略奠定了基础。