基于DNA甲基化研究扩张型心肌病致心力衰竭的表观遗传学机制

DNA methylation is an epigenetic modification which plays an important role in gene expression. Abnormal DNA methylation may lead to the occurrence and development of diseases process. Dilated cardiomyopathy (DCM) is one of the main causes of systolic heart failure, and DNA methylation is likely to play an important role in the process of heart failure caused by DCM. In the present study, Infinium 850K Human Methylation BeadChip was used for high-density epigenome-wide mapping of DNA methylation in left-ventricular tissues and whole peripheral blood of living probands. DNA methylation patterns and expression profiles of cardiac tissues were identified in patients with end-stage DCM. The relationship between DNA methylation and gene expression levels will be investigated. Identification of distinct epigenetic methylation patterns that are conserved between the cardiac tissues and peripheral blood will provide novel epigenetic biomarkers for heart failure.

DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰，在基因的转录调控方面起着重要作用，而异常的DNA甲基化修饰能够导致疾病的发生和发展。扩张型心肌病（dilated cardiomyopathy，DCM）是导致收缩性心力衰竭的主要原因之一，DNA甲基化很可能通过调节基因的表达在DCM致心力衰竭过程中发挥重要作用。本项目拟采用Infinimum 850K Human Methylation BeadChip芯片对DCM终末期患者和正常心脏组织左心室进行DNA甲基化的扫描和转录组测序，确定DCM终末期患者心脏组织的DNA甲基化图谱和表达谱特征，挖掘与DCM终末期患者心肌组织中DNA甲基化水平与基因表达水平之间的关系，构建相关的DNA甲基化-基因表达网络；在DCM终末期患者和正常人的心脏和外周血进行差异DNA甲基化位点进行鉴定，在外周血中挖掘与DCM相关的表观遗传标记，为DCM的前期诊断与治疗提供新的思路。

扩张型心肌病是导致收缩性心力衰竭的主要原因之一，DNA甲基化很可能通过调节基因的表达在扩张型心肌病致心力衰竭过程中发挥重要作用。本项目采用Illumina 850K Human Methylation BeadChip芯片对扩张型心肌病终末期患者和正常心脏组织左心室进行DNA甲基化的扫描和转录组测序，确定扩张型心肌病终末期患者心脏组织的DNA甲基化图谱和表达谱特征，构建相关的DNA甲基化-基因表达网络，鉴定相关的表观遗传标记；本项目对不同因素导致的扩张型心肌病致心衰的心肌组织转录谱和DNA甲基化图谱进行了比较，并尝试采用基因编辑技术对遗传原因导致的扩张型心肌病的治疗作用进行初步探索。. 结果显示，与正常心脏相比，扩张型心肌病致心衰的心脏中DNA甲基化位点发生了较大变化，共检测到差异甲基化位点8487个，涉及基因4200个。这些基因与参与分化的细胞形态、GTP酶活性调节和基于激动蛋白纤维进程等通路相关。其中CYC1、TNNT2等参与线粒体的能量代谢相关和肌节结构相关的重要基因的甲基化变化在扩张型心肌病致心衰发生发展中发挥了重要作用，是扩张型心肌病中DNA甲基化修饰的重要候选基因。遗传性扩张型心肌病和因酒精导致的扩张型心肌病心肌组织中转录图谱和DNA甲基化图谱存在较大差异，为不同因素导致的扩张型心肌病的分子发病机制提供了初步见解。采用CRISPR/Cas13b系统敲低人源TNNT2R141W mRNA的表达，可以恢复扩张型心肌病小鼠心脏的形态、有效改善扩张型心肌病小鼠的心功能，心肌纤维化、心衰等症状也得到明显好转，表明CRISPR/Cas13b系统特异性较好，可以特异性敲低突变的TNNT2R141W mRNA，而对小鼠自身的TNNT2 mRNA不产生影响。. 本研究初步绘制了因扩张型心肌病致心衰的图谱，为因扩张型心肌病致心衰的表冠遗传学机制探索奠定了基础，同时也为因扩张型心肌病致心衰的前期诊断与治疗提供了潜在靶点。