Цис-мРНК мРНК PKD1 и PKD2 - Группа счетчиков денег Наньтун

Nature Communications, том 13, номер статьи: 4765 (2022) Цитировать эту статью

14 тысяч доступов

11 цитат

165 Альтметрика

Подробности о метриках

Аутосомно-доминантный поликистоз почек (АДПБП), одно из наиболее распространенных генетических состояний человека и частая этиология почечной недостаточности, в первую очередь вызывается гетерозиготными мутациями PKD1. Образование кисты почки происходит, когда доза PKD1 падает ниже критического порога. Однако не существует системы, позволяющей использовать оставшийся аллель или обратить вспять снижение PKD1. Здесь мы показываем, что мРНК, продуцируемые неинактивированным аллелем PKD1, репрессируются через их 3'-UTR-связывающий элемент miR-17. Устранение этого мотива (Pkd1∆17) улучшает стабильность мРНК, повышает уровни полицистина-1 и облегчает рост кист на клеточных, ex vivo и мышиных моделях PKD. Примечательно, что Pkd2 также ингибируется посредством мотива 3'-UTR миР-17, а Pkd2∆17-индуцированная дерепрессия полицистина-2 замедляет рост кисты в моделях с мутацией Pkd1. Более того, резкое блокирование цис-ингибирования Pkd1/2, в том числе после появления кисты, ослабляет PKD у мышей. Наконец, моделирование аллелей PKD1∆17 или PKD2∆17 в первичных культурах ADPKD, полученных от пациента, приводит к уменьшению кист, уменьшению пролиферации, снижению экспрессии pCreb1 и улучшению потенциала митохондриальной мембраны. Таким образом, уклонение от цис-интерференции 3'-UTR и усиление трансляции мРНК PKD1/2 является потенциально независимым от мутаций подходом к задержанию ADPKD.

По оценкам, 12,5 миллионов человек во всем мире страдают аутосомно-доминантным поликистозом почек (АДПБП), что делает его одним из наиболее распространенных моногенетических заболеваний, известных человечеству. Клиническим признаком АДПБП является неустанный рост бесчисленных заполненных жидкостью кист в почках, которые заменяют нормальную паренхиму и на протяжении десятилетий вызывают массивное двустороннее увеличение почек и почечную недостаточность1. АДПБП возникает из-за гетерозиготных мутаций с потерей функции в PKD1 (~ 78% случаев) или PKD2 (~ 15% случаев). Классическая гипотеза возникновения кисты заключается в том, что в дополнение к мутации, инактивирующей зародышевую линию в одном аллеле гена PKD, происходит соматическая инактивация (так называемое второе попадание) в другом аллеле, вызывающая полную потерю экспрессии полицистина в клетке. . Однако в последние годы появилось несколько доказательств того, что порог дозы гена является механизмом, участвующим в цистогенезе2,3. Эта гипотеза утверждает, что полная потеря PKD1 не обязательна, а скорее наступает цистогенез, если функциональная доза PKD1 падает ниже критического порога. Подтверждая модель дозировки генов, инактивация мутации второго удара не является универсальной особенностью, особенно в небольших кистах ADPKD4,5,6,7. Важно отметить, что у многих людей с ADPKD сохраняется остаточная экспрессия PC1, поскольку они несут миссенс (а не инактивирующие) мутации зародышевой линии PKD18,9,10. В качестве доказательства принципа снижения дозы Pkd1 достаточно для образования PKD у мышей, свиней и обезьян4,11,12,13,14,15,16. Таким образом, если снижение дозы вызывает АДПБП, увеличение экспрессии нормального аллеля PKD1 может остановить заболевание. Однако, несмотря на этот преобразующий потенциал, факторы, определяющие дозировку PKD1 при ADPKD, по большей части неизвестны, и в настоящее время не существует механизмов активации нормального аллеля PKD1.

3'-нетранслируемая область (3'-UTR), часть мРНК, которая расположена сразу после кодона терминации трансляции, защищает мРНК от деградации и облегчает трансляцию через ее поли(А)-хвост17. Парадоксально, но 3'-UTR посредством взаимодействия с микроРНК (миРНК) также может опосредовать репрессию трансляции мРНК или деаденилирование18,19,20,21. Большинство 3'-UTR мРНК содержат эволюционно консервативные miRNA-связывающие элементы (MBE), подразумевая, что цис-ингибирование трансляции является распространенным способом регуляции выхода генов22. Однако этот интригующий аспект функции 3'-UTR плохо описан. Прогноз состоит в том, что отдельные MBEs оказывают незначительное влияние на функцию мРНК хозяина, учитывая, что miRNAs в основном действуют как реостаты и умеренно репрессируют мишени мРНК. Вопреки этой преобладающей логике, мы пришли к выводу, что при определенных обстоятельствах, например, когда дозировка генов уже снижена из-за гаплонедостаточности, цис-ингибирование оставшегося аллеля, опосредованное MBE, может иметь эффект, модифицирующий заболевание, регулируя конечный выход белка.

100 mg/dl and serum creatinine of >0.4 mg/dl (Fig. 3b). Founder #3 Pkd1RC∆17/- mice exhibited minimal disease progression with average BUN < 30 mg/dl and serum creatinine <0.2 mg/dl (Fig. 3a, b)./p>

95% of dysregulated mRNAs in Pkd1RC/- kidneys showed improved (or normalized) expression in Pkd1RC∆17/- kidneys (Fig. 3c). Consistent with the RNA-seq data, immunoblot analysis revealed reduced c-Myc and Yap1 in the kidneys of 18-day-old Pkd1RC∆17/- mice compared to Pkd1RC/- mice (Supplementary Fig. 9f). Finally, immunofluorescence analysis demonstrated fewer anti-phospho-Histone-H3-positive cells, indicating lower proliferation, and reduced anti-pCreb1 and anti-MRC1 signals, implying attenuated c-AMP signaling and cyst-associated inflammation, respectively, in kidneys of 18-day-old and 18-week-old Pkd1RC∆17/- mice compared to Pkd1RC/- mice (Fig. 3d)./p> 10-fold higher KW/BW ratio and elevated BUN and serum creatinine in PBS and control oligonucleotide-treated mice compared to age-matched wildtype mice (Fig. 5d–g). Strikingly, PKD was virtually prevented, and renal function remained normal in P18 RGLS4326-treated Pkd1RC/- mice (Fig. 5d–g). In the second study, we began treatment at P16 when Pkd1RC/- mice had already developed cystic disease. By P26, one out of 15 control oligonucleotide-treated mice had died, and the surviving mice had developed progressive kidney enlargement and near-fatal kidney failure. In contrast, we observed attenuation of PKD progression and stabilization of kidney function in RGLS4326-treated Pkd1RC/--KO mice (Fig. 5h–k). Finally, in a third study, we assessed the long-term effects of Pkd1/2 derepression in mice that had already developed PKD. We treated Pkd1RC/- mice on P16 and P17 with the vehicle, 20 mg/kg RGLS4326, or 20 mg/kg control oligonucleotide. These mice then received their respective treatment regimens every week until 18 weeks of age. A fourth group of Pkd1RC/- mice received 20 mg/kg RGLS4326 treatment on P16 and P17 and every other week thereafter. 85.7% (12 out of 14) of PBS-treated and 100% (14 out of 14) of control oligonucleotide-treated Pkd1RC/--KO mice succumbed to their disease before 18 weeks of age. In contrast, 70% (7 out of 10) and 50% (5 out of 10) of Pkd1RC/- mice treated with RGLS4326 bi-monthly or weekly, respectively, survived until 18 weeks of age (Fig. 5m). Furthermore, we noted substantially preserved kidney parenchyma (Fig. 5l and Supplementary Fig. 15) and reduced KW/BW (Fig. 5n) among the surviving mice in the RGLS4326 group. Thus, acute pharmaceutical Pkd1/2 derepression, including after cyst onset, attenuates murine PKD./p>