gata转录因子对心肌能量代谢及细胞增殖的调控机制研究

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1、郑州大学硕士学位论文GATA转录因子对心肌能量代谢及细胞增殖的调控机制研究姓名：姚春霞申请学位级别：硕士专业：病理学与病理生理学指导教师：臧明玺201205摘要GATA转录因子对心肌能量代谢及细胞增殖的调控机制研究博士研究生：姚春霞导师：臧明玺郑州大学基础医学院河南省郑州市450001研究背景与目的：心脏具有生成ATP的巨大潜能以满足对能量的高度需求。在胚胎时期及心肌肥大发生时，心脏主要依赖葡萄糖和乳糖作为底物产生ATP，而在出生后及成人心脏则主要依赖脂肪酸作为底物产生ATP而获得能量。由于心肌的脂质和葡萄糖储存能力有限，因此，它们作为底物的选择及ATP的生成是受到快速调节的，以迅速

2、适应心脏的能量需求。这一调节过程涉及到多种基因不同时间的先后表达和相互作用，它们形成一个有序的网络。该调节网络包括大量的，在时间和空间上极为精确的一系列分子事件。在这个过程中，哪怕是极微小的错误都将导致心肌能量代谢障碍的发生，而心肌能量代谢障碍，如线粒体脂肪酸氧化活性的降低，造成ATP产量减少，将会导致心泵功能、收缩功能及钙离子的转运功能等失调，从而诱发心肌肥大和心力衰竭等。因此，深入研究心肌能量代谢关键基因的调控机制，将有助于从分子水平阐明心血管疾病的分子机理和病理学基础，同时也可为心血管疾病的临床防治和新药设计提供更多线索。那么，涉及心肌能量代谢的关键基因有什么呢?Glut4是调

3、节心肌能量代谢的一个基因，它是葡萄糖转运蛋白家族的成员，维持着机体葡萄糖的内稳态平衡。Glut4的表达具有组织特异性并受到激素调节，Glut4基因敲除小鼠出现心肌肥大症状。因此，Glut4是调节心肌能量代谢的关键基因之一。鉴于此，Glut4作摘要为心肌能量代谢的关键基因，其表达的降低或上调，对于心肌能量代谢的调节具有重要的生理或病理意义，所以研究其调控机制，是心血管分子生物学领域的重要课题。那么，参与心肌能量代谢的转录因子有哪些呢?过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisomeproliferatoractivatedreceptors，PPARs)是调节编码脂肪酸B一氧化相关酶类

4、基因的重要转录因子，它包含三种异形体：PPARa、P呐和PPARS／p。这三种异形体都在心脏中表达，与PPAR丫相比，PPARa和PPAR5／13在心肌细胞中的表达更为丰富。研究表明，心脏特异性过表达PPARa将诱导与脂肪酸利用有关的基因表达，进而增强心脏脂肪酸的利用和氧化：PPARS／p基因敲除小鼠严重地损害心肌脂肪酸氧化相关基因的表达，增加心脏脂肪酸堆积，从而诱发脂毒性。因此，PPARs在调节心肌能量代谢中发挥着重要作用。GATA蛋白是具有锌指结构的转录因子，因其识别序列(朋)GATA(A／G)而得名。在该家族6个成员中，GATA4和GATA6是近年来心血管领域的研究热点。大量的

5、研究证明GATA4和GATA6是调控心脏发育以及心肌细胞增殖、分化和凋亡的重要转录因子。但它们是否在心肌能量代谢中发挥调控作用，目前知之甚少。MicroRNAs(miRNAs)是进化上高度保守的内源性单链非编码小RNA，通过转录后机制调控靶基因的表达。近年来的研究表明miRNAs是心脏基因转录调控网络的一个重要组成部分，但miRNAs是否作用于GATA蛋白与PPARs，进而对细胞的表型产生影响，目前还鲜有报道。因此，本课题以GATA转录因子为中心，采用多种方法深入研究了GATA6、PPARa、miR-200b以及GATA4对心肌能量代谢和细胞增殖的调控机制。研究方法与结果：第一部分：

6、转录因子GATA6招募PPARa协同激活Glut4基因的表达为进一步了解GATA家族对心肌能量代谢的调控作用，采用了瞬时转染、Q-PCR、荧光素酶报告基因、WesternBlot、ColP、GSTpull—down和Chm等实验方法，证实了在PPARa激动剂fcnofibrate刺激的心肌细胞中，转录因子GATA6能够招募核受体PPARa至葡萄糖转运蛋白Glut4启动子的GATA元件上，这种招募能够进一步激活Glut4基因的表达，并且伴随着线粒体功能的促进及葡萄糖利用的增加。WesternBlot及Q-PCR实验显示GATA6或PPARa及其激动剂fenofibrate都¨摘要能够刺

7、激Glut4基因的表达，若二者共表达则可以产生更强烈的激活效应，说明GATA6和PPARa协同激活Glut4基因转录。CoW实验证实GATA6和PPARa相互作用。GSTpull-down实验显示GATA6的C端锌指和PPARa的N端锌指介导二者间的相互作用。ChIP及荧光素酶报告基因实验进一步证实GATA6通过与PPARa蛋白的N端TAD和锌指结构域相互作用，招募PPARa至Glut4启动子从而协同激活Glut4基因的表达，促进线粒体的功能及葡萄糖的利用