心脏强表达基因POP3在心脏发育与疾病发生中的作用

该项目是在申请人进行大规模筛选心脏发育候选基因取得成果的基础上，选择其中一个在心脏强表达的基因POP3进行深入研究。申请人利用斑马鱼模型通过敲低和拯救技术初步证明POP3与心脏发育有关，通过质谱分析鉴定出相互作用蛋白ATF4，拟进一步利用斑马鱼基因沉默模型、结合转基因与基因敲除模型探讨POP3基因突变和过表达时的心脏形态及心理表型，研究POP3与ATF4的具体结合位点及其蛋白稳定性，以及两者能否结合到GATA4启动子上，形成POP3-ATF4-GATA4信号调控心脏发育。并通过斑马鱼心脏生理功能分析系统研究POP3突变后对其心电图、心脏收缩与舒张等各项生理指标的影响，利用人类先心病家系材料探讨POP3是否与先心病的发生有关，从而揭示POP3基因在心脏发育过程中的功能，为进一步阐明心脏发育基因与人类疾病发生的关系奠定基础。

本课题探讨POPDC3在心脏发育与疾病发生中的调控作用，取得了具突破性的创新性结果：（1）发现细胞膜跨膜蛋白“先核后膜定位策略”理论，即新合成的细胞膜跨膜蛋白POPDC3是先直接入核调控心脏的发育，然后再定位在细胞膜上。该理论突破了国际上的细胞膜跨膜蛋白先定位在细胞膜上，通过信号转导途径进行调控功能的经典理论。该理论将为占核基因编码蛋白约30%的细胞膜蛋白提供新的研究方向；（2）证明POPDC3与ATF4相互作用形成复合体，由ATF4-importinα转运系统转运入细胞核；（3）证明调控胚胎心脏发育的主控基因GATA4是POPDC3/ATF4的直接靶基因，三者形成一条新的POPDC3/ATF4-GATA4信号途径；（4）利用国际上近几年发展的Crispur/case9等技术建立了POPDC3斑马鱼敲除系、POPDC3-GFP敲入系、心脏特异表达POPDC3过表达系,通过这些动物模型证明POPDC3是调控胚胎心脏发育的关键基因；（5）利用斑马鱼模型发现POPDC3与病窦综合症的发生有关；（6）利用人类非综合症法洛四联症患者发现POPDC3与非综合症法洛四联症的发生有关；（7）分析了基因多态性与扩张性和肥厚性心肌病发生的关系；（8）共发表文章与专著章节52篇，其中SCI文章21篇（1篇为封面文章），受邀撰写专著《发育生物学》第16章（脊椎动物心脏的发育）；获专利2项；另2015年有一篇论文正冲击国际一流杂志（影响因子20以上）；（9）出站博后2人（分别升为教授与副教授）、毕业博士5人、硕士27人；（10）在国内外作学术报告22次（含国际会议5次）；组织了第二届中国果蝇大会；（11）获部省级奖3项。总之，本课题超额完成了原定的研究计划，取得了具突破性的创新性成果。