长链非编码RNA-19Rik在心肌细胞增殖介导的心肌再生与修复中的作用及机制

Mammalian cardiomyocyte proliferation arrest happens soon after birth, thus promoting adult cardiomyocyte proliferation is critical for cardiac regeneration after myocardial infarction. Through high-throughput chip screening on the cardiac tissue at different postnatal time points (with significantly different proliferative potential), we found a long non-coding RNA (lncRNA) with pro-proliferative effect and named it lncRNA-19Rik. Lnc-19Rik’s neighboring gene FoxM1 is transcriptional factor regulating several cell cycle associated gene expression. Over-expression and knockdown of lncRNA-19Rik significantly altered the mRNA expression of FoxM1. Bioinformatics predicted that lncRNA-19Rik can bind with subunit CBX8 of PRC1 complex, a FoxM1 upstream regulator. Therefore we hypothesize that lncRNA-19Rik regulates the transcription of FoxM1 by binding PRC1 complex, thereby influencing cell cycle-related gene expression and cardiomyocyte proliferation. By using advanced technologies such as lineage tracing mouse and time-lapse imaging systems, this project aims to explore the molecular mechanisms underlying cardiomyocyte proliferation arrest, in order to stimulating adult cardiomyocyte proliferation mediated myocardial regeneration.

哺乳动物出生后心肌增殖能力迅速降至极低水平，促进成年心肌细胞增殖是实现心肌梗死后心肌再生的关键问题。通过对小鼠出生后不同时间点（心肌增殖差异显著）的心肌进行高通量芯片筛选，我们发现一个具有明确促心肌细胞增殖作用的长链非编码RNA（lncRNA）并命名为lncRNA-19Rik。LncRNA-19Rik的邻近基因FoxM1是细胞周期关键转录因子，调控多个促细胞增殖基因的转录。高表达或敲低心肌细胞中LncRNA-19Rik引起FoxM1的mRNA表达显著变化。生物信息学预测lncRNA-19Rik可与FoxM1的上游调控因子PRC1复合物的CBX8亚基直接结合。因此我们假设：LncRNA-19Rik通过PRC1复合物调控FoxM1对细胞周期相关基因的转录，进而促进心肌细胞增殖。本项目拟采用谱系追踪小鼠系统和活细胞工作站等先进手段，研究心肌增殖停滞的分子机制以用于促进成年心肌增殖介导的心肌再生。

心肌梗死导致大量心肌细胞死亡，随后进展为纤维化瘢痕修复、心室重塑和心力衰竭，近期越来越多的研究聚焦于心肌再 生，旨在从根本上治疗心肌梗死。促进内源性心肌再生是修复心肌梗死的重要途径。近年来基于谱系示踪技术的研究显示原有心肌细胞增殖是成年哺乳动物心肌再生的重要来源，因而如何刺激成年心肌增殖在心肌再生领域愈显关键。. 本项目中，我们发现 lncRNA-ANP 是心肌细胞增殖的重要调控因子。 新生小鼠心尖切除模型心肌细胞增殖潜能发生显著变化，我们通过高通量 mRNA 和 lncRNA 芯片分析，发现 lncRNA-ANP 的表达在心尖切除后发生显著变化，而进一 步 的 细 胞 实 验 证 实 lncRNA-ANP对 心 肌 细 胞 增 殖 具 有 负 性 调 控 作 用 。 通 过 CRISPR-Cas9 技术成功建立 lncRNA-ANP 敲除小鼠，发现 lncRNA-ANP敲除后对心脏的生理发育无显著影响。在新生小鼠心尖切除模型中，lncRNA-ANP 敲除显著促进心 肌细胞增殖、减少纤维化，进而促进心肌修复。在成年小鼠心肌梗死模型中，lncRNA-ANP 敲除提高心肌细胞增殖水平、改善心肌重构，进而提高生存率和心功能。通过全基因组 mRNA 芯片分析，我们筛选并验证了 lncRNA-ANP 敲除是通过调控NRG1的泛素化，进而影响心肌细胞 增殖。因此，本课题证明 lncRNA-ANP 是调控心肌细胞增殖的重要表观修饰因子，为心肌梗死和心力衰竭的再生治疗提供了新的干预靶点。. 关于 lncRNA-ANP与心肌细胞增殖的实验研究已完成并投稿，在Circulation-Heart Failure修回状态(见附件)。本项目在原研究内容的基础上，相关发现还包括：探明WNT通路与心肌细胞增殖中的作用，而利用WNT抑制剂CGX可促进心肌增殖；撰写关于非编码RNA与心肌细胞增殖的研究进展的综述等。本项目发表SCI论著4篇，累计影响因子18.8，其中影响因子大于5.0以上的两篇。达到计划研究的目标。