内质网复合体在视网膜退行性疾病中的机制研究

Retinitis pigmentosa, the most common form of inherited retinal degeneration disorders, is caused by loss of rod photoreceptor function and contributes significantly to the etiology of blindness globally. So far, no effective treatment is available for most of retinal degeneration diseases. Mutations in rhodopsin and in many genes that affect rhodopsin maturation, function and turnover are the most common causes of retinal degeneration diseases. Hence, dissecting rhodopsin homeostasis is key to understand the pathology of retinal degeneration. Through low-cost and high-throughput genetic methods that we developed, we identified mutations in EMC2 and EMC4 genes, encoding the subunits of endoplasmic reticulum membrane complex (EMC), specifically reduced Rh1 levels and resulted in age-dependent photoreceptor cell death. Our preliminary results indicated that EMC complex is required for the quality control of rhodopsin and the integrity of photoreceptor neurons. To understand the mechanisms of EMC complex in rhodopsin maturation and photoreceptor cell survival, and biological function in the pathology of retinal degeneration caused by mutations in rhodopsin, we purpose to conduct biochemistry, cell biology, genetics and electrophysiology experiments using animal models of both fly and mouse. This proposed research will provide valuable information on comprehesively understanding the mechanisms of retinal degeneration disorders, and be helpful to therapy development of retinal degeneration diseases.

视网膜退行性疾病是导致失明的主要遗传疾病之一，通常以视杆神经元的功能异常为特征的视网膜色素变性疾病为主要类型，至今尚无有效防治手段。光受体视紫红质在视神经元的结构和功能中起中心调控作用，视紫红质及其相关基因的突变是引起视网膜退变疾病最常见的形式。我们通过在果蝇中建立的低成本，高通量的遗传筛选体系发现内质网复合体的亚单位EMC2和EMC4的突变导致视紫红质的功能障碍，并最终导致视神经元退行性死亡。我们的研究工作首次揭示内质网复合体在视紫红质的质量控制以及维持视神经元等神经细胞的正常功能中的作用。我们计划通过生化，细胞，电生理和遗传学方法对果蝇和小鼠模型的进一步研究，从而揭示内质网复合体在视紫红质的代谢以及视神经正常生理功能中作用的分子机理，以及相关通路在视紫红质突变引发的视网膜退行性疾病中的生物学功能。此项研究必将增进对视网膜退行性疾病机理的全面理解，并对疾病的治疗提供有价值的信息和资源。

色素性视网膜炎（Retinitis Pigmentosa, RP）是一类常见的遗传性视网膜病变疾病，该病造成视杆细胞逐渐丢失，最终可导致患者失明，目前临床仍没有有效的治疗手段。视紫质基因突变约占常染色体显性RP的25%，研究视紫红质蛋白的折叠、运输和调控对该类遗传性视网膜病变疾病的治疗起着重要的启示作用。.通过在果蝇中大规模EMS诱变剂诱导的遗传筛选，鉴定到3个内质网复合体（EMC）亚基的突变体，内质网复合体是一类高度保守的内质网跨膜蛋白复合体，由十个亚基组成，其中Emc1突变已经在视网膜变性病人中被鉴定，但EMC的分子机制及在视觉中的功能尚未研究。我们发现emc3、emc5和emc6突变体表现出视紫质蛋白水平的下降，并在视网膜电图中表现出持续去极化后电位的丢失。进一步地，作者发现EMC是通过调控视紫质蛋白的新合成途径而非降解来调控其蛋白水平。EMC亚基的突变引起了明显的感光细胞退化，这一感光细胞退化是由于视紫质的异常，更重要的是敲低emc3或emc5可以有效缓解基于视紫质突变（Rh1G69D）的显性色素性视网膜炎模型中的视神经元功能和结构的异常。接下来构建了全部EMC亚基的基因敲除品系，并从个体水平、细胞水平以及视紫红质蛋白水平等方面评估不同亚基的重要性。我们最终在小鼠中验证了EMC对视紫红质蛋白水平调控和感光细胞结构维持的重要性，在小鼠感光细胞中特异性敲除Emc3导致视紫红质蛋白水平下降、定位异常，感光细胞发生退行性病变和死亡。综上所述我们揭示内质网复合体是视紫红质合成及质量调控的重要原件，并通过调控视紫红质的稳态维持视感光细胞的正常功能，对内质网复合体的调控对视紫红质的稳态异常导致的色素性视网膜炎等视神经元退化疾病的治疗有很大的借鉴意义。.期间研究团队在该基金的资助下在国际重要期刊发表有影响的SCI文章7篇，研究工作对视网膜退行性疾病的发生机理的理解有重要的推动作用，并且为视紫红质突变导致的视网膜退行性疾病的治疗提供重要的参考，培养博士5名，圆满完成了既定目标。