新型bHLH基因Nulp1和Pygo在心脏早期发育中的调控作用

基于心脏发育的复杂相互调控分子机制仍知之甚少的现状和目前难以在脊椎动物个体水平上研究多基因组合在心脏发育中的相互调控的难题，拟以申请人与国际同行证明的Wg/Wnt信号途径是控制无脊椎与脊椎动物心脏早期发育的一条高度进化保守调控途径为基础，利用果蝇模型具有的独特技术优势，进一步深入研究申请人通过大规模筛选鉴定的Wg信号途径候选新成员Nulp1（β-catenin的强抑制子）与Pygo（β-catenin的强激活子）在心脏前体细胞形成和特化中的调控作用；nulp1是否Wg信号诱导下心脏命运选择中的新决定因子；nulp1通过β-catenin的分子拮抗调控机制；同时研究Wg途径成员是否与人类先天性心脏病的发生有关。该研究将有可能证明无脊椎、脊椎动物与人类心脏早期发育的基因调控研究中所具有的共同的基因调控模型，阐明心脏发育的完整调控机制，为进一步探讨心脏疾病病变机理提供理论根据和临床指导。

研究清楚胚胎心脏发育与成体心脏生理学功能的分子机制是阐明心脏病发生的关键。申请人等前期利用果蝇模型证明Wnt信号调控早期心脏发育，将该信号研究引入国际心脏发育研究领域。之后CELL等杂志论文又证明pygo是Wnt信号的新成员，但其是否调控心脏发育与成体功能尚不得而知。本课题探讨Wnt信号成员pygo和候选基因Nulp1及互作蛋白在心脏发育与成体功能中的调控作用。主要发现如下：（1）证明心脏特异性敲低pygo导致心脏结构缺陷与心脏生理学功能异常，其突变表型呈年龄依赖性；（2）证明Wnt信号对成体心脏生理学功能仅有微弱的调控作用。证明果蝇与小鼠pygo的成体心脏功能具进化保守性，提出了pygo通过非Wnt信号调控成体心脏功能的新理论，为解决目前国际上有关Wnt信号成员与pygo功能的矛盾结果提供了新的分子机制解释。果蝇pygo基因的研究结果被国际最高水平的2013年Weinstein心脏发育会议选作大会报告；（3）证明pygo突变导致心脏瓣膜细胞扩张，其纤维重定向或紊乱，而心脏不扩张，其在心瓣膜细胞分化形成过程中的功能不依赖于Wnt信号途径；（4）证明pygo1在斑马鱼中通过影响KV的形成而调控心脏的左右不对称发育；（5）证明Nulp1在果蝇和斑马鱼中调控心脏的发育，通过抑制Wnt信号而抑制心肌细胞的分化；（6）证明Nulp1互作蛋白FHLA在斑马鱼中负调控心脏前体细胞的增殖而控制心脏腔室的大小；（7）证明Wnt信号互作蛋白CXXC5激活caspase-3，通过TNF-α信号诱导细胞凋亡；（8）分析了基因多态与心肌病发生的关系；（9）共发表文章与专著章节78篇（通讯/共通讯作者71篇），其中SCI文章31篇（总IF=90.825），包括IF=4-9文章9篇（一篇为封面文章），受邀撰写国外英文专著《心脏发育与疾病》第4章（Wnt信号与心脏发育），撰写国内专著《发育生物学》第16章（脊椎动物心脏的发育）；另获专利3项；（10）出站博后2人（升为教授）、毕业博士4人、硕士33人；（11）在瑞典诺贝尔讲堂等国内外作学术报告20次；组织了第二届中国果蝇大会；（12）获省自然科学奖一等奖等6项奖。总之，本课题完成了原定的果蝇模型研究计划，并超额用斑马鱼和小鼠模型证明了基因在心脏功能中的重要调控作用。