卟啉症新病理的分子遗传和基因组解析

卟啉症是一组复杂的综合症。为了深入地研究其中的人类肝红细胞生成性卟啉症（hepatoerythropoietic porphyria，HEP），我们率先建立了第一个也是唯一一个该病的动物模型，即HEP斑马鱼。我们通过对这个HEP斑马鱼的微列阵分析，成功地发现了血红素参与调节一组胰腺酶原基因表达，从而首先揭示了HEP患者可能会有胰腺问题的新机制。本项研究将利用高通量深度测序转录组分析，原位杂交和实时定量PCR等技术继续对HEP斑马鱼进行更深入地解析，发现和研究受HEP影响的在神经，造血，心血管，肾脏和胰腺等的细胞和组织中有差异表达的各种基因，以期在分子遗传水平上界定那些复杂的往往非特异的症状，从而阐明该卟啉症新的分子遗传和基因组发病机制。我们将利用吗啉环修饰敲降等技术阐明血红素对胰腺酶原基因表达调节的分子遗传机制。我们这些研究将会为诊断，预防和治疗这组复杂的综合症提供新的和准确的科学依据。

我们圆满地完成了研究基金预定的各项任务。首先我们确定了血红素能够调节斑马鱼胰腺酶原基因的表达，并通过实验进一步阐明了其分子机制,为卟啉症的诊断和治疗提供新的参考。双色原位杂交实验结果显示斑马鱼的bach1b, nrf2a 和mafK基因均在胰腺中有表达。过表达和敲降实验表明nrf2a 作为正向调节因子能够激活胰腺酶原基因的表达，而bach1b作为负调节因子能够抑制胰腺酶原基因的表达。体外细胞转染实验证明了Bach1b/Nrf2a-MafK复合体通过与胰腺酶原基因中的MARE序列结合发挥调节作用。染色质免疫沉淀（ChIP）实验证明了正常情况下Nrf2a-MafK与MARE序列结合并激活下游胰腺酶原基因的表达，而在血红素缺失的情况下Bach1b-MafK与MARE结合并抑制胰腺酶原基因的表达。血红素通过改变正负调节因子与MARE的结合来实现对胰腺酶原基因表达的调控。这是首次阐明血红素对胰腺胰腺酶原基因表达的调控的崭新机制。其次我们通过高通量深度转录组测序技术对两种血红素缺失的斑马鱼突变体进行了不同发育时期的转录水平分析。与野生型对比结果显示，血红素合成缺陷的突变体在不同发育时期都有多种基因表达发生显著的变化，不同发育时期和不同突变体中差异表达的基因也有部分重叠。我们还运用TALEN和CRISPR/Cas9基因组修饰技术构建尚未有报道的血红素合成途径中的第二个(5-氨基酮戊酸脱水酶,ALAD）、第三个 (胆色素原脱氨酶, PBGD或羟甲基胆汁合酶HMBS)和第六个酶(粪卟啉原氧化酶,CPOX)缺失的斑马鱼突变体，并成功得到了相应基因的F0代突变体，为研究相应卟啉症的发病新机制奠定了坚实基础。