无义介导的mRNA降解通路在小鼠肾脏足细胞发育中的功能初探

作     者：王京鹏 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：汪兆琦

授予年度：2023年

学科分类：1002[医学-临床医学] 100210[医学-外科学(含：普外、骨外、泌尿外、胸心外、神外、整形、烧伤、野战外)] 10[医学] 

主      题：无义介导的mRNA降解 SMG5 SMG6 足细胞 

摘      要：肾小球是肾脏行使滤过作用的重要功能单位,其本身由多层细胞屏障组成,包括肾小球毛细血管的有孔内皮、肾小球基底膜以及相邻足细胞足突间形成的裂孔隔膜。足细胞的发育障碍或受损会破坏正常肾小球滤过屏障,导致蛋白尿发生,是人类肾病的常见原因。研究表明WNT、NOTCH、TGF-β等信号通路参与到足细胞发育的调控,对足细胞发育和肾小球稳态调控至关重要。无义介导的mRNA降解(Nonsense-mediated mRNA decay,NMD)是广泛存在于真核生物细胞中的基因转录后调控机制。NMD可以降解含有提前终止密码子(Prematureterminationcodon,PTC)的异常转录本,防止截短蛋白的积累;同时,NMD还可以调控部分可翻译为具有生理功能蛋白的mRNA分子的丰度,精细调控基因表达,从而可能参与协调细胞内的TGF-β、WNT、NOTCH等信号通路,调控细胞命运。在NMD降解过程中,存在两个分支:其一是SMG5/7介导的核酸外切分支,SMG5与SMG7形成异源二聚体招募去腺苷化酶复合物和脱帽复合物对NMD靶标mRNA进行去腺苷化以及脱帽;其二为SMG6介导的核酸内切降解分支,可以在靶标mRNA的PTC附近进行内切,最后由XRN1和核酸外切体对靶标进行降解。NMD是细胞增殖、分化和成熟等诸多过程的重要调控机制,但NMD在肾脏足细胞发育中的功能以及分子机制尚不清楚。因此,本研究对SMG5和SMG6在肾脏足细胞发育中的生物学功能进行了初步探索。首先,本论文构建了Smg5在足细胞中特异性敲除的小鼠模型(Smg5F/F;NPHS2-Cre)。研究发现足细胞中特异性敲除Smg5的小鼠在2-3个月内全部死亡,突变小鼠从3周龄开始出现蛋白尿;肾脏组织学分析显示突变小鼠肾脏中出现肾小球毛细血管的扩张,并伴随着多种足细胞标志物的表达减少,突变小鼠的肾脏还出现了蛋白质管型、肾小管扩张以及细胞增殖;超微结构分析表明突变小鼠足细胞足突消失以及裂孔隔膜消融。这些结果表明SMG5介导的NMD是足细胞分化成熟所必需的,足细胞中SMG5的缺失将导致小鼠肾衰竭并过早死亡。其次,本论文构建了Smg6在足细胞中特异性敲除的小鼠模型(Smg6F/F;NPHS2-Cre)。与Smg5敲除小鼠不同,足细胞特异性敲除Smg6的小鼠在体重、尿蛋白含量、肾小球形态学等方面都与对照组小鼠无明显差异,但超微结构分析表明突变小鼠肾小球基底膜增厚、足细胞足突延长。这些结果表明SMG6介导的NMD缺陷并不影响小鼠肾脏的正常功能,但微弱影响足细胞的发育和足突的分布排列。随后通过建立足细胞中特异性敲除Smg6的阿霉素(Adriamycin,ADR)诱导的肾病小鼠模型发现,与对照组小鼠相比,突变小鼠产生更为严重的蛋白尿表型,表明Smg6敲除加剧了小鼠足细胞的损伤。综上,本研究初步探究了 SMG5和SMG6在小鼠肾脏足细胞发育中的功能,表明SMG5和SMG6是足细胞发育所必需的,为揭示SMG5-NMD和SMG6-NMD在足细胞发育中的分子机制打下基础。