EED调控心脏发育成熟的表观遗传学机制

Early heart development is finely-controlled through the multiple epigenetic mechanisms to orchestrate the proper spatiotemporal gene expression and cell lineages speficification. However, little is known about epigenetic regulation of mammalian neonatal heart maturation. In this proposal, we will investigate how Polycomb protein EED coordinates other chromatin modification complex to direct the gene programs essential for cardiomyocytes maturation and functional homeostasis. To this end, we will set up these 3 aims: 1. Define downstream genes whose mis-expression and epigenetic change in Eed loss of function contributes to cardiac dysfunction; 2. Explore the mechanisms of the heart gene transcriptional repression coordinated by Polycomb EED and HDACs; 3. Reveal the mechanisms, which control the cardiomyocyte fate plasticity and functional homeostasis. Through completion of these aims, we will uncover the novel epigenetic insight of neonatal heart maturation and homeostasis, and will provide the new framework for the future work on mammalian heart regeneration.

心脏早期发育受到表观遗传的精确调控，才能在各个发育的时相，精细控制正确的基因表达谱和相应的细胞谱系分化，然而对新生期心脏的发育成熟机制则知之甚少。本课题拟从Polycomb蛋白EED入手，研究EED如何协调形成正确的表观遗传修饰，控制心肌细胞的分化与功能成熟、稳定，促进新生期小鼠心脏的正常发育。为此，我们设置如下目标：1.解析EED调控的关键基因和明确EED敲除后新生期心脏发育异常的表观遗传修饰变化规律；2.阐明EED如何协同其他表观遗传修饰酶HDACs，形成心脏成熟关键基因的正确的组蛋白修饰与基因表达。3.研究EED调控心肌细胞命运与功能稳定的分子机理；本课题的完成将揭示新生期心脏发育成熟的表观遗传作用机理，阐明心肌细胞稳态维持的分子、细胞机制，为心脏再生医学提供理论与实验基础。

心脏的正常发育和功能维持受时空特异性基因表达的精细调控，表观遗传学在基因表达调控过程中发挥决定性作用。然而，在发育生物学领域，较多研究侧重于早期胚胎心脏的发育过程，对新生期心脏成熟的调控机制则甚少研究。PRC2是一类重要的表观调控抑制复合体，之前大部分对PRC2功能的研究主要利用具有分裂能力的细胞，而对于不进行分裂的细胞，PRC2如何发挥调控功能仍不清晰。.本课题从PRC2亚基EED入手，研究了EED控制新生期小鼠心脏成熟的表观遗传学规律，揭示在不能进行分裂的成体心肌细胞中，EED抑制非心脏基因表达的调控机制。我们发现在新生期小鼠心脏成熟过程中，EED缺失会导致慢肌纤维基因表达上调，引起致死性扩张型心肌病。通过一系列回补实验，机制上，我们揭示EED通过非经典的不依赖H3K27me3的调控机制与组蛋白去乙酰化酶（HDACs）相互作用，增强HDACs的去乙酰化酶催化活性，从而降低靶基因的H3K27ac修饰水平以抑制基因表达，从而控制心脏成熟和维持心脏功能。.我们的结果表明，在没有分裂能力的成体心肌细胞中，EED参与PRC2复合体建立H3K27me3修饰并不是其抑制基因表达的唯一途径，EED主要通过非经典的作用机制与HDACs相互作用增强其去乙酰化酶活性而降低H3K27ac修饰以发挥基因表达抑制作用。此外，我们结果证明由表观遗传调控紊乱导致的疾病可以通过重新改写表观调控图谱而得以修复，并且这种修复不依赖全基因组范围内表观调控的更正，这为包括心脏疾病在内的所有由于表观遗传紊乱导致的疾病的治疗提供了一定的理论指导。