基于视网膜色素变性患者iPS细胞研究RP9突变的分子致病机理

Retinitis pigmentosa (RP), a prevalent retinal degenerative disease worldwide, is caused by gene mutation-induced photoreceptor degeneration. So far there have been more than 67 disease-causing genes reported, including a group of spliceosome-related genes (RP9, PRPF3, etc) which mutations definitely lead to autosomal dominant RP. Lacking appropriate human disease models of these genes, dissecting the molecular mechanisms remain a challenge. Based on our previous studies of RP patient-derived induced pluripotent stem (iPS) cells, we plan to correct the RP9 mutation of the patient-iPS cells and generate the exact RP9 mutation in human embryonic stem (ES) cells both of which are particularly useful and powerful for understanding the molecular mechanism and thereafter drug discovery for RP9-allied diseases.

视网膜色素变性（RP）是一类由于基因突变引起视网膜视杆细胞凋亡的常见遗传性眼病，临床治疗一直以来是棘手难题。由于其高度的遗传异质性，目前已知超过67个致病基因，其中包括RP9在内的6个基因为广泛表达的剪接体（spliceosome）相关基因。虽然已经明确这些基因的突变可导致常染色体显性RP，为疾病的诊疗和预后分析及遗传干预提供了基础，但是其分子机理仍不清晰。其研究瓶颈是缺乏有效的疾病模型精确模拟人类RP。课题组基于以往的原创性工作基础，拟应用腺相关病毒介导的基因打靶技术原位修复RP患者来源诱导多能干（iPS）细胞株的RP9突变，同时对正常胚胎干细胞进行定点敲入RP9基因突变而建立疾病模型，通过体外分化诱导视网膜细胞观察诱发凋亡的关键细胞信号，从正反两方面深入研究RP9作为剪接体复合体基因引起视杆细胞凋亡的分子致病机理。

人类约 90%信息的是通过视觉获得的，视觉产生的关键在于神经视网膜的光电转化和传导功能，而神经视网膜的功能维持依赖于视网膜色素上皮（ RPE）的支持、营养和屏障保护作用。 RP9 基因全身性广泛表达，然而其变异仅仅引起视网膜出现病理性改变，即神经视网膜上光感受器细胞的变性凋亡，最终导致以夜盲和视野狭小为特征的视网膜色素变性（ RP）。神经视网膜的变性通常不可逆并且极难代偿或再生，而且其分子水平的细胞凋亡机制尚未完全明了，因而目前对 RP 的药物治疗手段亦十分有限。本课题通过新型的基因编辑CRISPR/Cas9 系统构建了与病人一致的RP9 点突变以及RP9 敲除的光感受器细胞模型。通过模型的研究，本课题发现了（1）RP9 点突变敲入和敲除显著的抑制细胞增殖和迁移；（2）RP9 点突变敲入和敲除显著降低视网膜色素变性致病基因Fscn2 和Bbs2 的表达；（3）RP9 点突变敲入和敲除降低Fscn2 的表达是通过影响Fscn2 前体RNA 的错误剪切，导致成熟体Fscn2 显著降低。本研究首次揭示广泛表达的剪切体基因RP9 与特异表达的视网膜光感受器细胞基因Fscn2 之间的内在联系，对剪切体基因突变导致视网膜色素变性的作用机制提了重要的科学依据。