基于同卵双生患儿探讨心肌致密化不全发生的遗传及表观遗传学机制

Noncompaction of ventricular myocardium (NVM) accompanied with severe clinical symptoms and poor prognosis is a common childhood cardiomyopathy, which lacks effective prevention and therapeutic methods in clinic. The disease, mostly sporadic, is classified as a primary genetic cardiomyopathy, but its genetic mechanism is unclear so far. Based on a rare family of NVM our research team acquired, which consist of monozygotic twins and their parent (among them, parent and the elder brother is normal, but the younger is a patient with NVM), de novo mutation was detected by whole exome sequencing. This study intends to further identify disease-associated abnormal methylation sites by methylation sequencing, and then these new gene mutation and abnormal methylation sites will be verified by expanded to sporadic cases,the functions of these mutation will be analyzed at the level of molecular, cell and animal mode to explore correlation between novo mutation and NVM and regulatory pattern pattern of corresponding pathway.The aim of this study is to clarify genetic &epigenetic mechanism through elaborating genetic mutation and temporal& spatial influence on disease when regulatory elements deviated from normal, finally, to provide a theoretical basis for genetic counseling, prenatal diagnosis , early intervention and new strategy for personalized medicine.

心肌致密化不全（noncompaction of ventricular myocardium,NVM）是儿童常见的心肌病，临床症状重预后差，目前缺乏有效的防治措施。该病被归类为原发性遗传性心肌病，但大多散发且迄今为止其发生的遗传机制不详。课题组前期基于罕见的心肌致密化不全家系，对先证者及表型正常的父母和同卵双生哥哥进行全外显子测序发现了新发的疾病相关突变。本研究拟进一步通过甲基化测序找出与疾病相关的甲基化异常位点，并对这些新发的基因突变和甲基化异常位点扩大到散发病例中进行验证，然后从分子、细胞和模式动物水平进行功能分析，探求新发突变与疾病发生的相关性以及相应的信号通路调控模式。本研究以信号通路及其关键基因为基础从互作的视角研究遗传物质变异，调控元件偏离正常的时空要素对疾病的效应，揭示NVM发生的遗传或表观遗传机制，为NVM的遗传咨询、产前诊断、早期干预及个体化医疗防治新策略提供理论基础。

心肌致密化不全是儿童常见的遗传性心肌病，临床症状重预后差，目前缺乏有效的防治措施，发病机制尚不清楚。本课题在临床上收集到心肌致密化不全家系数例并对先证者及其核心家系成员进行全外显子测序，对结果进行生物信息学分析后发现：除常见的与肌节发育的相关基因外，与心肌微管相关的基因如MTUS1、EIF3a可能为该病的致病基因；另外课题成功构建了病患来源的尿液细胞-重编程为诱导多能干细胞后诱导分化为心肌细胞（UCs-iPSCs-CMs）的细胞体系，诱导后的心肌细胞不仅表达心肌的表面标志，更重要的是携带了疾病相近的遗传背景；继而课题组采用HEK293、H9C2、CP15-5a和UCs-iPSCs-CMs四种细胞系对筛选出的微管相关基因MTUS1、Eif3a在分子和细胞水平进行功能验证，结果发现MTUS1突变通过Rac1/Cdc42信号通路降低细胞稳定性、增强细胞极性状态、促进细胞迁移，显示MTUS1突变降低了致密化不全的发生率，是该病的保护性突变；而EIF3a突变则通过p-ERK1/2信号通路抑制细胞增殖、迁移和分化，是心肌致密化不全的损伤性突变。本课题基于心肌致密化不全这一儿童常见的心血管疾病，通过收集临床核心家系，采用全外显子测序技术筛选出疾病相关的可能突变基因，并成功构建具有疾病背景的细胞模型，在此基础上从分子和细胞层面对可能致病基因进行功能验证，阐述了新发突变与疾病发生的相关性以及相应的信号通路调控模式，拓宽了心肌致密化不全的发生的遗传机制，为阐明该病的遗传模式及机制奠定基础，以期在心肌致密化不全的遗传咨询、产前诊断、早期干预及个体化医疗防治新策略提供理论依据和策略。