新型长链非编码RNA在心脏再生中的功能研究

Ischemic heart disease resulting in myocardial infarction and heart failure is the leading cause of morbidity and mortality. Cardiomyocytes in adult hearts are terminally differentiated cells that have exited from the cell cycle. Death of mature cardiomyocytes in pathological cardiac conditions (e.g. heart attack) and the lack of sufficient regenerative capacity of adult hearts are primary causes of heart failure and mortality. Therefore, regeneration of cardiomyocytes and prevention of heart remodeling is the key for treatment of heart diseases. We previously reported that miR-17-92 cluster is required and sufficient for cardiomyocytes proliferation and preserved cardiac function after myocardial infarction. In this project, we focus on long non-coding RNA (LncRNA), which is 80% of the transcription of non-coding RNA. By using LncRNA microarray approach, we have screened regeneration-related LncRNAs in heart tissue from myocardial infarction, and further narrowed down the LncRNA candidates with important criteria. The preliminary data showed that Lnc-HeartPRO is a very promising LncRNA for heart regeneration. Therefore, we will use both gain- and loss-of-function approaches to elucidate the function of Lnc-HeartPRO in heart regeneration in vivo and in vitro. Furthermore, we will test the hypothesis that Lnc-HeartPRO promotes the cardiac regeneration through epigenetic way in which Lnc-HeartPRO recruit PRC2 members to regulate the cardiac regeneration-related gene expression. We believe that the project will first identified novel LncRNAs, promoting cardiac regeneration and protect heart function under cardiac diseases. That provides new insight for cardiac regeneration and new therapeutic treatment for heart diseases.

成人心肌再生能力非常低，缺血引起坏死的心肌细胞很难再生，继而被纤维瘢痕组织代替，并最终导致心力衰竭。因此研究心脏再生修复对心脏疾病的治疗具有重要意义。我们之前的研究证明非编码RNA家族中微小RNA，miR-17-92可以促进心肌增殖并保护心梗环境下的心脏功能。而家族成员中占80%的长链非编码RNA(LncRNA)对心脏再生与疾病调控目前未见报道。因此我们在本项目前期工作中通过基因芯片、生物信息学和时空表达谱等筛选出调控心肌再生修复的新型LncRNA, Lnc-HeartPRO。在此基础上将通过功能获得性与缺失性研究, 在整体动物、细胞和分子水平全面研究Lnc-HeartPRO对心脏再生修复与疾病的调控作用。并深入研究Lnc-HeartPRO 在表观遗传学层面影响心脏再生修复的分子机制。该项目将鉴定出可以促进心脏再生修复，保护心脏功能的新型LncRNA，为缺血性心脏病患者提供全新的治疗策略。

缺血性心脏病引起的死亡率目前仍高居首位。心脏缺血引起心肌细胞的坏死很难再生，继而被纤维瘢痕组织替代，并最终导致心力衰竭。成年心肌细胞一直被认为终末分化细胞,退出细胞周期而不能增殖再生。最近的研究表明,哺乳动物成年心肌细胞有较弱的自行增殖再生能力。因此探索促进心肌增殖，抑制心脏纤维化重构对于心脏疾病后的再生修复具有重要意义。我们先前的研究表明非编码核酸中微小RNA可以促进心肌增殖并保护心梗后的心脏功能。非编码核酸家族成员中占80%为长链非编码RNA，本课题主要筛选并研究了长链非编码RNA对缺血性心脏病心肌损伤后心肌再生修复与对心脏功能的保护治疗作用。我们通过芯片筛选，生物信息学分析，发育过程和脏器分布以及心脏疾病差异表达谱等综合分析手段筛选出新型长链非编码RNA, Lnc-HeartPRO（LncHrt）, 应用功能获得性与缺失性研究方式, 在动物成体水平、细胞水平及分子水平在功能与机制上对LncHrt如何调控心梗后心肌再生修复进行深入研究。研究结果显示心梗后心肌组织的LncHrt表达显著下降。应用AAV9介导的心脏特异敲降LncHrt,在正常小鼠心脏下调LncHrt导致小鼠心肌损伤，纤维化增加，心功能下降。在心梗模型并下调LncHrt导致梗死面积的增加，再生修复的抑制以及加速心衰的发生。表明LncHrt是心梗后心脏病变发生的重要调控因子。同时，在心梗发生时，过表达LncHrt，促进了心肌细胞的增殖，减少了心脏纤维化与疤痕组织产生，保护了心脏功能。通过RNA pull down 及质谱，RNA-sequencing等手段，我们发现LncHrt对心梗后心肌的保护作用是通过抑制sFRP2，Cyp1b1和Trp53inp1促进心肌细胞的增殖，抑制心脏纤维化，减少梗死面积，改善心脏功能。在体外细胞培养水平，通过腺病毒与慢病毒过表达两种方法证明LncHrt促进原代培养的心肌细胞的增殖，抑制TGF-beta诱导的成纤维细胞激活与胶原产生但不影响成纤维细胞的增殖。该项目通过unbiased筛选发现可以促进心脏再生修复，保护心脏功能的长链非编码RNA, LncHrt，为缺血性心脏病患者提供了潜在的治疗靶点与新的策略。