系统地研究细胞极性与纤毛生成及多囊肾发生的关系

多囊肾是一种最普遍的人类单基因遗传疾病，其中显性多囊肾发病率为1/800。虽然已克隆出20多个致病基因，但其疾病机制尚不清楚。多囊肾属于纤毛类疾病（ciliopathy）的范畴，纤毛结构和功能的缺陷会导致多囊肾的产生。而最近研究表明细胞极性对于纤毛的正常形成和防止多囊肾的产生都有非常重要的作用。我们之前的研究也表明了在纤毛和多囊肾的突变体中，前肾上皮细胞有细胞极性的缺陷，而抑制细胞极性基因会导致多囊肾的形成。为了更好的理解细胞极性与纤毛和多囊肾的关系及其机制，我们将系统地克隆在斑马鱼前肾中表达的极性基因，并确定它们在前肾中建立极性的时间谱（极性谱），以及在纤毛和多囊肾突变体中极性谱的变化。并且通过抑制这些极性基因的表达，研究它们对于纤毛和多囊肾的影响。最后，通过寻找这些极性基因的互作基因，找到细胞极性影响纤毛、多囊肾的新的机制。

项目背景：.纤毛是细胞表面的一个亚细胞结构，它从细胞表面突起延伸到外部环境中，起着化学和机械感应器的作用。由于纤毛广泛分布在各个组织中，包括中枢神经系统、心脏、肾脏、肝脏、视网膜等，而且参与许多重要信号通路的传导，纤毛的结构或功能的异常会导致多器官缺陷。因此，这些疾病也统称为纤毛类疾病（ciliopathy）。而在纤毛类疾病的所有症状中，只有多囊肾是在所有纤毛类疾病中都存在，说明纤毛与多囊肾有着非常密切的关系。理解纤毛的形成、功能以及其参与调节的信号通路对于理解基础生物学和人类疾病都有很重要的意义。.我们主要从研究细胞极性与纤毛之间的相互关系入手，研究纤毛的形成机制。..主要研究内容：.我们首先寻找了在斑马鱼胚胎前肾中表达的极性基因，并初步验证它们的功能。随后我们关注在跟磷酸肌醇相关的Ezrin和Inpp5e分子，并最终证明它们处于同一信号通路上，Inpp5e通过调节磷酸肌醇的分布从而调节Ezrin的分布，最终促进纤毛的形成。此外，我们还通过CRISPR/Cas9技术对70个纤毛基因在斑马鱼中进行了突变体的筛选。..重要结果及关键数据：.1..系统地克隆在斑马鱼前肾中表达的极性基因并确定其表达谱以及在多囊肾疾病中的作用。找到了在肾脏中表达的20个极性基因，其中分别敲降9个基因会导致多囊肾的表型。.2..针对极性基因ezrin进行了深入研究，发现它介导了Inpp5e在纤毛生成中的作用。从而阐明了Joubert综合征致病基因Inpp5e在纤毛生成中的作用及其机制。即分布于肾管上皮细胞顶面的Inpp5e降解从而阻止PI(3,4,5)P3在顶面的分布，因而维持了PI(4,5)P2在顶面的分布，后者依次招募Ezrin、F-actin和基体到细胞顶面，从而促进纤毛生成。.3..用CRISPR/Cas9技术对纤毛基因进行了突变筛选。对纤毛基因按照基因功能/信号通路进行分类，选择了其中65个纤毛基因，用CRISPR/cas9技术在斑马鱼中进行了突变筛选。共鉴定出7个突变体，具有纤毛类疾病典型的小眼表型。.科学意义：.1..我们通过对细胞极性的研究，阐明了Joubert综合征致病基因Inpp5e在纤毛生成中的作用机制..2..我们发现抑制PI(3,4,5)P3抑制剂可以挽救inpp5e缺陷的斑马鱼表型，给临床治疗inpp5e突变导致的Joubert综合征提供了新的思路。