构建Jup基因突变小鼠以及Plakoglobin生物学功能研究

【摘要】致心律失常性右心室心肌病(ARVC)是一种最常见的家族遗传性心肌病,可导致青年人的心源性猝死(SuddenCardiacDeath,SCD)。据报道,65岁以下心源性猝死患者中,有10%是由ARVC所引发。ARVC典型的病理改变是大量的心肌细胞坏死,继而被纤维-脂肪组织所替代。早期认为,这是一种右室心肌病,最近的研究表明,ARVC患者病变并非局限于右心室,而是一种左、右心室均累及的心肌病。相关研究发现,将近一半的ARVC患者中存在心脏桥粒蛋白相关基因的突变,包括JUP,PKP2,DSP,DSC2和DSG2等。因此,ARVC也被认为是桥粒疾病。然而,无论是哪种突变型ARVC,闰盘中的PKG均有减少,提示PKG在ARVC疾病发展过程中起到重要作用。基于这些发现,目前把闰盘中的PKG减少作为ARVC的一个诊断指标。不仅如此,PKG蛋白还是唯一在桥粒和粘着连接中均存在的连接组件。PKG蛋白由JUP基因编码,JUP基因TG缺失突变是最早被发现的与ARVC相关的基因突变,该突变所导致的疾病被称为”Naxos”病。患有该疾病的患者,其JUP纯合子上2个碱基对缺失,从而产生移码突变,PKG蛋白翻译提前终止,表达C-末端缺失的PKG蛋白。除了心脏的病变,“Naxos”病患者还出现掌跖角质化和羊毛样头发等病理特征。目前认为,该疾病的致病机制是JUP基因突变PKG蛋白C-末端缺失,导致桥粒结构异常,影响了心脏和皮肤组织耐受机械应力的能力目的：利用基因敲入技术,构建Jup基因TG缺失突变的小鼠模型。通过对突变小鼠心肌细胞连接和信号转导通路相关因子的研究,探讨PKG在细胞连接以及信号转导通路中的作用,进而揭示ARVC分子生物学机制。方法：分析”Naxos”病患者的突变基因,构建含有该突变基因的载体。将该载体通过电击转染小鼠干细胞,Southern-blot鉴定阳性克隆并进行胚胎融合,经筛选、繁殖嵌合体小鼠,最终得到Jup基因TG缺失突变小鼠。使用Western-blot、qRT-PCR、Masson三色染色、免疫荧光染色等技术,对突变小鼠心肌细胞闰盘(ICD)相关因子的表达水平以及定位进行研究。新构建Jup突变小鼠,通过整合外显子,稳定mRNA,避免突变小鼠过早死亡。结果：纯合体Jup基因TG缺失小鼠在出生后24小时死亡,胚胎期心脏未见明显差异。PD1纯合体突变小鼠表皮出现棘层松解,心脏未见明显异常,心电图未见室性心律失常。突变小鼠表达C-末端缺失截短型PKG,蛋白表达量较野生小鼠显著降低。PD1纯合体突变小鼠心肌细胞中,纤维-脂肪化及炎症相关因子COL1A,TGF-β1,NFκB,LPL,adiponectin的mRNA水平较野生小鼠无明显改变；c-MycmRNA水平显著增力mRNA水平显著降低,β-catenin和cyclinDlmRNA水平无明显变化；β-catenin蛋白水平增加,PKG、DSP、DSC2、DSG2和PKP2蛋白水平降低,aE-catenin、pan-cadherin、CX43、ZO-1、desmin、ILK、PINCH-1、β1D-integrin等无明显变化；蛋白定位显示β-catenin已经结合到ICD内,PKG、CX43尚未结合到ICD内,与野生小鼠无明显差异。新构建纯合体Jup基因TG缺失并外显子整合小鼠可存活至成年,心肌细胞表达C-末端缺失截短型PKG,蛋白表达量与野生小鼠一致。结论：1.纯合体Jup基因TG缺失小鼠出生后24小时死亡,表皮棘层松解,无明显心脏异常。2.纯合体突变小鼠心肌表达截短型PKG,表达量明显减少,DSC2、DSG2和DSP等桥粒组件的蛋白水平同时减少。3.纯合体突变小鼠心肌细胞中P-catenin蛋白量代偿性增加,经典Wnt信号转导通路标记基因c-Myc表达上调。4.纯合体Jup基因外显子整合TG缺失小鼠可存活至成年,C-端缺失截短型PKG蛋白表达量正常。
【作者】张智炜；
【导师】周新民；
【作者基本信息】中南大学，临床医学，2013，博士
【关键词】盘状球蛋白；致心律失常性右心室心肌病；Naxos病；闰盘；基因敲入；

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