PKD1 및 PKD2 mRNA 시스 - 난퉁 머니 카운터 그룹

Nature Communications 13권, 기사 번호: 4765(2022) 이 기사 인용

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가장 흔한 인간 유전 질환이자 신부전의 빈번한 병인 중 하나인 상염색체 우성 다낭성 신장 질환(ADPKD)은 주로 이형접합성 PKD1 돌연변이에 의해 발생합니다. 신장 낭종 형성은 PKD1 복용량이 임계치 미만으로 떨어지면 발생합니다. 그러나 나머지 대립유전자를 활용하거나 PKD1 감소를 역전시킬 수 있는 프레임워크는 존재하지 않습니다. 여기서 우리는 비활성화되지 않은 PKD1 대립 유전자에 의해 생성된 mRNA가 3'-UTR miR-17 결합 요소를 통해 억제된다는 것을 보여줍니다. 이 모티프(Pkd1Δ17)를 제거하면 mRNA 안정성이 향상되고 Polycystin-1 수준이 높아지며 세포, 생체 외 및 마우스 PKD 모델에서 낭종 성장이 완화됩니다. 놀랍게도 Pkd2는 3'-UTR miR-17 모티프를 통해 억제되며 Pkd2Δ17에 의해 유도된 Polycystin-2 억제는 Pkd1 돌연변이 모델에서 낭종 성장을 지연시킵니다. 더욱이, 낭종 발병 이후를 포함하여 Pkd1/2 cis-억제를 급격히 차단하면 쥐 PKD가 약화됩니다. 마지막으로, 환자 유래 일차 ADPKD 배양에서 PKD1Δ17 또는 PKD2Δ17 대립유전자를 모델링하면 낭종이 작아지고, 증식이 감소하며, pCreb1 발현이 낮아지고, 미토콘드리아 막 잠재력이 향상됩니다. 따라서 3'-UTR cis 간섭을 피하고 PKD1/2 mRNA 번역을 강화하는 것은 잠재적으로 돌연변이에 구애받지 않는 ADPKD 정지 접근법입니다.

전 세계적으로 약 1,250만 명이 상염색체 우성 다낭성 신장 질환(ADPKD)을 앓고 있으며, 이는 인류에게 알려진 가장 흔한 단일 유전 질환 중 하나입니다. ADPKD의 임상적 특징은 정상적인 실질을 대체하고 수십 년에 걸쳐 대규모 양측 신장 비대 및 신부전을 유발하는 수많은 체액으로 채워진 낭종이 신장에 끊임없이 성장한다는 것입니다1. ADPKD는 PKD1(사례의 ~78%) 또는 PKD2(사례의 ~15%)의 이형접합성 기능 상실 돌연변이로 인해 발생합니다. 낭종 발생에 대한 고전적인 가설은 PKD 유전자의 한 대립 유전자에 생식선 불활성화 돌연변이가 있는 것 외에 다른 대립 유전자에 체세포 불활성화(두 번째 적중이라고 함)가 있어 세포에서 폴리시스틴 발현이 완전히 손실된다는 것입니다. . 그러나 최근 몇 년 동안 여러 증거가 방광 형성과 관련된 메커니즘으로 유전자 용량 임계값을 뒷받침합니다2,3. 이 가설은 완전한 PKD1 손실이 필요하지 않지만 기능적 PKD1 용량이 임계치 미만으로 떨어지면 오히려 방광 형성이 일어난다고 가정합니다. 유전자 복용량 모델을 지원하는 두 번째 적중 돌연변이를 비활성화하는 것은 특히 작은 ADPKD 낭종에서 보편적인 특징이 아닙니다4,5,6,7. 중요한 것은 ADPKD를 앓고 있는 많은 개인이 생식계열 PKD1 돌연변이(비활성화 대신)를 갖고 있기 때문에 잔류 PC1 발현이 계속된다는 것입니다8,9,10. 원칙적으로 Pkd1 용량을 낮추는 것만으로도 생쥐, 돼지 및 원숭이에서 PKD를 생성하기에 충분합니다4,11,12,13,14,15,16. 따라서 복용량을 줄이면 ADPKD가 발생하는 경우 정상 PKD1 대립유전자의 발현을 늘리면 장애를 멈출 수 있습니다. 그러나 이러한 변형 가능성에도 불구하고 ADPKD에서 PKD1 용량을 결정하는 요인은 대부분 알려져 있지 않으며 현재 정상적인 PKD1 대립 유전자를 활성화하는 메커니즘은 없습니다.

번역 종결 코돈의 바로 하류에 있는 mRNA 부분인 3'-비번역 영역(3'-UTR)은 mRNA가 분해되지 않도록 보호하고 폴리(A) 꼬리를 통해 번역을 촉진합니다. 역설적이게도 3'-UTR은 microRNA(miRNA)와의 상호작용을 통해 mRNA 번역 억제 또는 데아데닐화를 중재할 수도 있습니다18,19,20,21. 대부분의 mRNA 3'-UTR에는 진화적으로 보존된 miRNA 결합 요소(MBE)가 있는데, 이는 번역의 cis 억제가 유전자 출력 조절의 광범위한 모드임을 의미합니다. 그러나 3'-UTR 기능의 흥미로운 측면은 제대로 설명되지 않았습니다. 예측은 miRNA가 대부분 가변 저항으로 작용하고 mRNA 표적을 적당히 억제한다는 점을 고려하면 개별 MBE가 호스트 mRNA 기능에 미미한 영향을 미친다는 것입니다. 이러한 일반적인 논리에 반하여 우리는 haploinsufficiency로 인해 유전자 용량이 이미 감소된 경우와 같은 특정 상황에서 나머지 대립 유전자의 MBE 매개 cis 억제가 최종 단백질 생산량을 제어하여 질병 수정 효과를 가질 수 있다고 추론했습니다.

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>