KLHL24基因调控Wnt信号通路的皮肤生物学研究

KLHL24 gene encodes an ubiquitin ligase substrate receptor, mediating the degradation of specific substrates. Our recent research found that start-codon mutations of KLHL24 can cause epidermolysis bullosa (EB). The main manifestations of this new type of EB are skin fragility, alopecia and dyspigmentation, while the knock-in mouse model also show pronounced hair loss and hair graying. We found the mutant KLHL24 protein is more stable than wild-type protein due to abolished autoubiquitination, leading to excessive degradation of keratin 14, a substrate of KLHL24, causing skin fragility. Our findings revealed that KLHL24 plays an important role in the regulation of skin biological functions for the first time. On the next step, we will focus on exploring the molecular mechanisms of KLHL24 in regulating wound healing, hair follicle biology and pigmentation. Our latest results and literatures analysis indicate that KLHL24 may influence those skin biological functions by regulating Wnt signaling pathway. We will study the regulatory role of KLHL24 in Wnt signaling pathway during wound healing, hair follicle development and pigmentation process at molecular and cellular level and further in animal and human. Our research will elucidate the biological functions of KLHL24, and provide new theoretical basis for treating skin disorders via regulation of ubiquitin-proteasome system.

KLHL24基因编码一种泛素化连接酶，能够介导特定底物的降解。我们的研究表明该基因的突变可以引起大疱性表皮松解症，患者主要表现为皮肤脆性增加、脱发和色素异常；制备的基因敲入小鼠也有明显的毛发减少及色素减退；突变的KLHL24自身泛素化降解受到抑制，变得更稳定；其泛素化底物是角蛋白14，它的过度降解导致了皮肤的脆性增加。此发现首次揭示了KLHL24对于皮肤的生物学功能具有重要的调节作用，而KLHL24影响伤口愈合、毛囊生理和色素分布的分子机制是我们进一步关注的科学问题。我们最近的实验并结合目前的文献分析提示，KLHL24很可能通过调节Wnt信号通路影响以上的皮肤功能。本研究拟在分子、细胞、动物和人体水平，系统揭示KLHL24调控Wnt信号通路在伤口愈合、毛囊发育和色素分布中的作用，为阐明KLHL24的生物学功能及通过调节泛素化来治疗一些皮肤病提供新的理论基础。

项目背景：我们2016年首次发现了KLHL24功能增强型突变可以引起遗传性大疱表皮松解症，患者同时伴有脱发、扩张性心肌病和萎缩性瘢痕，并且我们阐明了KLHL24突变引起皮肤脆性增加的机制。.研究内容、重要结果及关键数据：我们进一步探究了KLHL24突变导致毛发减少和萎缩性瘢痕的机制。我们首先构建了Klhl24c.3G/T小鼠，成功模拟了患者的脱发和损伤修复障碍。毛囊生理异常方面，我们明确了Klhl24c.3G/T小鼠表现为静止期毛干脱落，并且其毛干脱落发生于锚定毛干的外层毛囊干细胞处；在损伤修复障碍方面，Klhl24c.3G/T小鼠表现为损伤修复的延迟、胶原沉积的减少。此外，我们通过构建Klhl24CreER小鼠，明确了Klhl24蛋白在小鼠皮肤组织中是广泛表达的。通过蛋白质谱和CoIP实验，我们进一步阐明KLHL24作为E3泛素化连接酶，可以泛素化降解毛囊干细胞中的角蛋白15以及真皮成纤维细胞中的波形蛋白。功能增强的KLHL24过度泛素化降解毛囊干细胞中的角蛋白15，破坏毛囊干细胞的稳定性，是引起毛干脱落和毛发再生障碍的主要原因；KLHL24突变造成波形蛋白在成纤维细胞中过度降解，抑制损伤修复过程中成纤维细胞的增殖活化，同时通过旁分泌途径抑制角质形成细胞的迁移，是引起损伤修复延缓和萎缩性瘢痕的主要原因。我们高度概括KLHL24突变引起的患者表型和机制，以脱发、心肌病、大疱表皮松解症综合征（ACE综合征）命名此类特殊疾病。.科学意义：本研究首次阐明了KLHL24功能增强型突变造成毛囊生理异常和损伤修复异常的主要调节机制，并明确了KLHL24作为E3泛素化连接酶在皮肤中的两个新底物，角蛋白15和波形蛋白，拓展了泛素化-蛋白酶体系统参与皮肤稳态调节的新研究方向，为脱发及瘢痕提供了潜在的治疗靶点。