心律失常是最为严重的心血管疾病之一,是指心脏节律或是速率失调或者出现障碍导致的一系列疾病。心房颤动是最为常见的心律失常,是一种高致残性和致死性的疾病。目前通过对房颤家系以及病例的遗传学研究和全基因组关联分析的应用,已发现多个房颤致病/易感基因。这些遗传学研究成果为了解房颤的发生提供了一个广阔的视角,对研究如何预防和治疗房颤提供了宝贵的思路。2008年,我们团队通过一个房颤家系研究,鉴定其致病基因突变为NUP155R391H。NUP155是首次发现的核孔复合物类房颤致病基因,这一发现为理解房颤的发病机理以及治疗提供了更开阔的视角,但是NUP155诱发房颤的分子机制仍不清楚。GLE1基因是一个保守的m RNA出核转运调控因子。另外,GLE1在转录的起始和终止过程中也发挥重要的作用。有研究报道NUP155和GLE1二者在细胞内存在相互作用,它们在核孔复合体中共同作用发挥调控m RNA出核转运的任务。由此可见,GLE1基因是一个转录后调控的关键因子。本研究主要使用斑马鱼作为实验材料,研究nup155和gle1在胚胎心脏发育过程中的作用,以期解析它们在心血管系统的生理功能。分用注射MO(Morpholino Oligos)和m RNA敲低和过表达nup155和gle1,探索它们对斑马鱼发育过程中心脏结构和功能的影响,以期望探索nup155和gle1的重要生理功能,研究对深入了解房颤的分子机制具有一定的意义。表达谱分析表明nup155的m RNA信号在单细胞期就已经出现。这一结果表明nup155在卵子发生中就开始表达。从二细胞期开始,nup155呈现一个泛表达的情况。通过比对gle1在斑马鱼中的表达谱,发现nup155和gle1表达位置具有高度的一致性。二者在卵子中就开始表达,之后的各个时期均表现为泛表达。这些结果表明nup155和gle1的表达伴随着斑马鱼的胚胎发育过程,可能同nup155和gle11调控细胞m RNA的出核转运过程有关,同时这些实验结果还提示nup155和gle1在胚胎发育过程中的重要作用。将不同时期心脏单独分离出来,提取RNA,反转录后进行实时定量PCR检测,发现nup155和gle1在24 hpf,48 hpf以及成鱼心脏中均有表达。实验结果发现nup155和gle1的表达下调会影响调控心脏发育的转录因子的表达。nkx2.5在nup155和gle1敲低之后表达下调。同时,敲低gle1还会使gata4的表达下调,而二者均不影响hand2的表达。在48 hpf,通过对心肌细胞的标记物cmlc2基因的表达检测,发现nup155基因敲低后心室的内径变小,形态结构发生明显的变化。gle1基因敲低后,斑马鱼胚胎表现出左右不对称表型,心脏正常的环化受到影响。进一步的实验表明左右不对称发生的调控因子spaw和pitx2以及胰脏标记物ins的表达也发生改变。这些结果表明nup155和gle1在心脏发育过程中发挥重要功能。之后进一步研究nup155和gle1对于斑马鱼心脏心率和动作电位的影响。通过记录和分析48 hpf斑马鱼的心率,发现敲低nup155和gle1的表达使斑马鱼心率升高。通过实时定量PCR检测调控斑马鱼心率的相关基因hcn4,cav1.3,kcnj2和scn5a的表达情况,结果发现hcn4在nup155和gle1敲低后表达下降,这一结果说明nup155和gle1可能是通过hcn4影响斑马鱼的心率。在房颤的发生过程中一个重要因素就是心肌细胞动作电位的变化,之后对斑马鱼心脏的动作电位进行检测。发现在nup155敲低之后,斑马鱼的动作电位APD90发生显著下调,而实时定量PCR的结果表明nup155可能是通过调控kcnq1来影响动作电位的。但敲低gle1并未影响斑马鱼动作电位。这些结果表明nup155可能是通过调控离子通道基因hcn4和kcnq1影响斑马鱼心率与动作电位。通过原位杂交检测胚胎动脉血管的和静脉血管的标记物,结果发现敲低nup155和gle1后它们的表达均未发生变化,说明nup155和gle1可能只影响心脏的发育,而不影响血管发育。在以上实验中,使用nup155和gle1 m RNA能够将敲低nup155和gle1后的表型拯救到正常水平,说明nup155和gle1 MO作用具有靶向特异性。综上所述,本研究发现nup155通过nkx2.5调控心脏在胚胎发育阶段的形态发生,通过调控hcn4和kcnq1影响胚胎心脏的心率和动作电位。这些基因与房颤的发生都密切相关。同时发现与nup155相互作用的gle1也有类似的生理功能,通过nkx2.5和gata4影响心脏在胚胎发育阶段的形态发生,通过调控hcn4影响胚胎心脏的心率。这些结果揭示了nup155和gle1新的生理功能,同时对进一步认识nup155诱导房颤发生的分子机制有一定的指导意义。