新候选基因ABCG5突变致先天性白内障发病的机制研究

Although congenital cataract is a rare disease, it is a common ophthalmological disease that causes blindness in children. Although some of the mutant genes and loci of the disease have been identified, the mechanism of family heredity has not been fully explained. The research group collected more than 20 families and 90 sporadic cases in the previous study, and screened the new candidate gene ABCG5 by whole exon sequencing, family linkage analysis and trait isolation. The gene is a new member of ATP transmembrane protein family. It plays an important role in maintaining the balance of cholesterol metabolism. It can regulate cholesterol metabolism through the classic cAMP pathway. In this project, we found that if interfering with ABCG5 in human lens epithelial cells (SRA01/04), apoptotic bodies increased significantly, suggesting that ABCG5 plays an important role in maintaining the survival of lens epithelial cells, but the mechanism is unknown. Based on this, we will study the genetic mechanism of ABCG5 induced congenital cataract development, cellular and molecular mechanisms by reverse genetics and knockout mice construction. We will elucidate the genetic basis of the occurrence of cataract via cAMP. The results of this study can provide a reference for the development of diagnostic kit and add new content to the genetic database of congenital cataract.

先天性白内障是导致患儿失明的常见眼科疾病。虽然已明确该病部分突变基因及位点，但仍不能完全解释家系遗传发生机制。课题组前期收集先天性白内障大小家系共计20余个，散发病例90余个，并采用全外显子测序、家系连锁分析、性状分离等方法筛选到新候选基因ABCG5。该基因是依赖于ATP的跨膜转运蛋白家族新成员，对维持机体胆固醇代谢平衡具有重要作用，可通过cAMP经典通路调节胆固醇代谢，并调控PKA参与凋亡。本项目预实验发现，若干扰人类晶状体上皮细胞（SRA01/04）的ABCG5，则凋亡小体显著增加，提示ABCG5在维持晶状体上皮细胞存活中有重要作用，但机制不明。在此基础上，本研究拟通过反向遗传学，用构建敲除小鼠等方法研究ABCG5通过cAMP-PKA导致晶状体发育异常的细胞和分子机制，拟阐明此类型白内障发生发展的遗传学基础。本研究结果可为开发诊断试剂盒提供依据，为先天性白内障遗传学数据库添加新内容。

先天性白内障是一种常见的儿童眼病，是造成儿童失明和弱视的重要原因之一，目前关于致病基因的研究仍不能完全解释该病在家系遗传中的发生机制。本研究基于课题组前期收集到的先天性白内障家系和散发病例，首先经过遗传咨询探讨白内障家系临床表型及特征，建立较为完整的家系图谱，并采用全外显子测序、家系连锁分析、性状分离、常见致病位点排除等方法筛选到潜在候选致病基因ABCG5。本项目前期实验发现，干扰人类晶状体上皮细胞的ABCG5，凋亡小体数量显著增加，表明ABCG5在维持晶状体上皮细胞存活中有重要作用；利用LECs细胞系过表达ABCG5后比较细胞形态，发现ABCG5可引起LEC晶体蛋白发生应激性改变，而且发现ABCG5突变导致胆固醇类物质在胞浆转运出现障碍。在实验过程中发现，添食辣椒素加重了糖尿病SD大鼠的白内障表型，细胞增殖实验证明高浓度辣椒素抑制晶状体细胞增殖；白内障加重糖尿病SD大鼠基本体征中除血脂水平降低外，肝肾功能及体重指标未受添食辣椒素影响，细胞水平检测发现白内障加重糖尿病SD大鼠的晶体上皮细胞形态结构和线粒体造成明显的破坏；辣椒素相关受体TRPV1敲减后发现糖尿病SD大鼠辣椒素组和普食组白内障明显减轻。最后，我们分析辣椒素通过TRPV1影响糖尿病SD大鼠的晶体浑浊情况，以及动物实验的晶状体透射电镜结果显示细胞线粒体明显受损，初步断定TRPV1作为辣椒素的受体，引发下游效应因子钙离子通道异常，钙离子大量内流会损伤细胞线粒体，所以我们提出辣椒素加速糖尿病SD大鼠白内障形成的模式如下：辣椒素——TRPV1——钙离子通道——氧化应激——LEC受损——白内障。本项目培养博士研究4人，硕士研究生4人。通过本研究我们探讨了了ABCG5对先天性白内障致病的潜在功能和机制，初步确定了ABCG5通过影响胆固醇类物质在胞浆转运出现障碍从而导致白内障的细胞学机制。此外本研究在白内障加重糖尿病SD大鼠白内障表型的机制研究中，发现了辣椒素通过辣椒素受体TRPV1影响糖尿病SD大鼠的晶体浑浊情况，并提出了辣椒素——TRPV1——钙离子通道——氧化应激——LEC受损——白内障的致病机制假说。