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先天性心脏病(CHD)是在胚胎发育期由于心脏及大血管的形成障碍或发育异常引起的,或出生后应自动关闭的通道未能闭合所造成的解剖结构异常。在胚胎发育过程中,左右不对称的建立是正常心脏发育的前提。若线形心管未能沿着胚胎左右轴正常发育,甚至环化方向相反,都会导致大血管和其他器官异常发育,这是CHD发生的一个主要原因。目前对CHD的诊断和治疗有了很大进展,但其病因和分子机制仍不清楚。SUMO修饰(SUMOylation)是一种蛋白质翻译后修饰形式,去SUMO修饰由SUMO特异性蛋白酶SENP家族来完成。SENP3是SENP家族的成员之一,定位于细胞核仁内,通过对不同底物的去SUMO修饰参与细胞周期和衰老等过程。目前研究表明Nodal是一个非常关键的左右不对称成形基因,其表达区域和将发育为心脏的细胞直接相关,编码产生的信号蛋白分子直接启动心脏的形成,但其调控机制仍不清楚。在本论文中,我们以细胞和小鼠为研究对象,探究SENP3和Nodal信号通路在小鼠胚胎心脏发育中的调控作用。我们首先获得SENP3杂合子(SENP3+/-)小鼠模型,通过收集不同时期的小鼠胚胎,发现SENP3敲除(SENP3-/-)小鼠在胚胎期E9.5天死亡。收集SENP3+/+和SENP3-/-、鼠胚胎,利用体式显微镜观察胚胎形态,发现SENP3--/-、鼠胚胎的心脏环化反向发育,脑部神经管闭锁不全。我们利用原位杂交技术确定SENP3基因主要分布在小鼠胚胎的心脏以及躯干部位。为了进一步确定SENP3敲除对于小鼠胚胎心脏发育的影响,我们收集了E9.5天的SENP3+/+和SENP3-/--小鼠胚胎,利用HE染色法进行组织染色,发现与SENP3+/+小鼠相比,SENP3-/-小鼠胚胎心脏的心肌细胞明显减少,心肌壁变薄。对细胞系pGreen-H9C2和pGreen-shSENP3-H9C2进行计数发现SENP3 显著促进大鼠心肌细胞H9C2的增殖。上述结果表明SENP3敲除导致小鼠胚胎心脏环化反向发育,并影响心肌细胞数量和心肌壁结构。SENP3的缺失影响小鼠胚胎心脏的左右不对称发育,而前期研究表明Nodal信号通路与心脏的左右不对称发育密切相关。我们利用实时荧光定量PCR和蛋白质免疫印迹检测了 SENP3对Nodal信号通路的影响,发现SENP3过表达条件下,Pitx2和Lefty2的表达明显上调,而Notchl、Nodal、Foxh1以及p-Smad2的表达明显下调。SENP3敲低条件下,Pitx2和Lefty2的表达明显下调,而Notchl、Nodal、Foxh1以及p-Smad2的表达明显上调,且都对Smad2和Smad4没有显著影响。这表明SENP3很有可能通过调控Nodal信号通路,进而影响小鼠胚胎心脏的正常发育。利用软件预测Nodal蛋白可能被SUMO修饰,因此我们进一步利用实验检测Nodal蛋白的SUMO修饰,结果发现Nodal蛋白可以被SUM02修饰,PIAS4是其E3连接酶,SENP3是去除Nodal蛋白SUMO修饰的特异性蛋白酶。我们进一步发现SUMO修饰影响Nodal蛋白的稳定性,Nodal蛋白在SUMO修饰后,其稳定性明显增加。这些结果表明SENP3可以去除Nodal蛋白的SUMO修饰,影响其稳定性,进而调控下游信号通路蛋白的表达。心脏早期发育转录因子以组织特异性和定量的方式调节其它器官形成和发育,从而在胚胎发育过程中起主要的调控作用。基于SENP3缺失对小鼠心脏正常发育的重要影响,我们还探究了 SENP3对心脏早期发育转录因子的影响,发现SENP3可以抑制Hand2的表达,原位杂交实验发现Hand2基因主要表达于小鼠胚胎的心脏及四肢部位。我们进一步研究发现Hand2蛋白可以被SUM02修饰,PIAS3是其E3连接酶。我们推测Hand2的SUMO修饰可能也会在心脏发育中起到一定的调控作用。本论文利用多种生物学实验方法与技术,以小鼠为模式生物,发现了 SENP3敲除引起的SUMO修饰水平增加,进一步调控Nodal信号通路和Hand2的表达,从而在心脏左右不对称发育过程中发挥关键的作用。本研究有助于我们揭示SENP3在小鼠胚胎心脏早期发育中的重要调控作用,为CHD的治疗提供理论基础和潜在的靶向位点。