心脏特异性转录因子基因调控区域与先天性心脏病的分子遗传学研究

Due to successful surgical treatment, patients with congenital heart disease (CHD) live longer and population of adult CHD patients is keeping growing. At middle age, adult CHD patents with surgical cardiac correction suffer from cardiac complications, such as heart failure, arrhythmia and sudden death. Mortality of adult CHD patients is significantly higher than general population, which is probably caused by the genetic defects. To date, genetic causes for CHD remain largely unknown.Currently, genetic studies have been focused on finding mutations within coding regions and splicing sites. As cardiac-specific transcription factors act as dosage-sensitive regulators in the heart development,we hypothesized that altered levels of cardiac-specific transcription factor genes, caused by DNA sequence variants (DSVs) with the regulatory regions, are important causes of CHD.In this study, candidate gene and case-control strategies are employed to analyze the regulatory regions (promoters and enhancers) of cardiac transcription factor genes (GATA4, NKX2-5, TBX1, TBX5 and TBX20). We will first identity DSVs in diverse types of CHD patients, then analyze the transcriptional activities in cultured cells and experimental model animal. Furthermore, molecular mechanisms on how DSVs affect transcriptional activities of the regulatory regions will be explored and elucidated. Thus, the study will provided insights into designing novel ways for intervention and treatment of cardiac complications in adult CHD patients.

随着外科有效治疗的开展，先天性心脏病（先心病）病人存活时间延长，成人先心病群体不断扩大。术后成人先心病病人于中年期出现心脏并发症，如心衰、心律不齐和猝死等，其死亡率显著高于正常人群，近来认为与其遗传缺陷有关。迄今为止，大多数先心病的遗传学病因尚不清楚。目前分子遗传学研究主要集中分析基因的编码区域及拼接位点。研究显示，心脏特异性转录因子呈现明显的基因剂量效应。我们假设认为，心脏特异性转录因子基因表达水平的改变可能是先心病的重要原因。在本课题中，我们采用候选基因和病例-对照策略，对心脏特异性转录因子基因（GATA4、NKX2-5、TBX1、TBX5和TBX20）的调控区域，即启动子和增强子等，进行分子遗传学分析，首先发现先心病相关的DNA序列变异（DSVs），在体外和体内进行生物学功能分析，并探讨DSVs发挥作用的分子机制。因此，本课题将为干预和治疗成人先心病的心脏心并发症提供基础和依据。

先天性心脏病是一种常见的疾病，目前认为是由遗传和环境因素共同作用引起。随着外科有效治疗的开展，先天性心脏病病人存活时间延长，成人先天性心脏病群体不断扩大。手术以后，成人先天性心脏病病人多于中年期出现心脏并发症，如心衰、心律不齐和猝死等。由于先天性心脏病死亡率显著高于正常人群，近来认为与体内遗传缺陷有关。迄今为止，大多数先天性心脏病的遗传学病因尚不清楚。目前分子遗传学研究主要集中分析基因的编码区域及拼接位点。发育生物研究显示，心脏特异性转录因子呈现明显的基因剂量效应。因此，我们认为心脏特异性转录因子基因表达水平的改变可能是先心病的重要原因。在本研究中，我们采用候选基因和病例-对照策略，对心脏特异性转录因子基因的调控区域，即启动子和增强子等，进行分子遗传学分析，发现先天性心脏病相关的遗传变异，在体外和体内进行生物学功能分析，并探讨遗传变异发挥作用的分子机制。我们结果显示，在室间隔缺损和房间隔缺损病人中，存在一系列心脏发育相关基因（GATA4、NKX2-5、TBX1/2/3/5/18/20，以及SIRT1基因等）的遗传变异，在体外培养的细胞中具有生物学活性，即显著增加或者降低基因的表达水平。蛋白质-DNA相互作用分析显示遗传变异通过创造、破坏或者修饰而改变转录因子的结合，影响基因的表达水平。应用报告基因表达的转基因小鼠研究，探讨遗传变异的体内生物学活性，正在进行之中。因此，本研究结果一方面可以用于先天性心脏病的分子诊断，另一方面发现分子靶点，通过遗传手段或者药物调控基因的表达水平，提供预防和治疗成人先天性心脏病的心脏心并发症的新颖方法。