γS晶状体蛋白突变体对串珠纤维filensin的作用导致白内障的机制研究

Age-related cataract is the most common disease causing blindness. The previous studies about the role of crystallins have been mainly focused on the α-crystallins as the molecular chaperons, whereas γS-crystallins have been regarded as structure proteins of the lens. We have previously reported that BFSP1/Filensin is missing in the cataractous mice carrying mutant Crygs gene, suggesting that γS-crystallin may be capable of regulating the expression of filensin.In addition, the abnormal filensin can also lead to cataract. The purpose of the current project is to investigate the functional relations and collaborative roles of γS-crystallin and filensin in the formation of cataract. We plan to identify their potential mutations in lenses with cataracts, examine the expression, distribution and organization of γS-crystallin and filensin in normal and cataractous lens, investigate whether there is the regulation of filensin by γS-crystallin or its mutant on the gene or protein level, and identify whether there is the chaperone activtity of γS-crystallin for filensin. Our findings may provide a new angle to develop the strategy of prevention and early intervention strategy for this disease.

年龄相关性白内障是最常见的致盲性眼病。此前对晶状体蛋白在白内障发病机制中作用的研究主要集中于α晶状体蛋白的小分子伴侣功能方面，而普遍认为γS晶状体蛋白主要是单纯的结构蛋白组分。我们前期工作发现：γS晶状体蛋白编码基因crygs突变的小鼠出现双眼白内障，且晶状体组织中有串珠纤维filensin表达的缺失，提示其可能对filensin的表达有调控作用，而filensin本身的突变和功能异常也能引起晶状体加速老化和白内障形成。本课题旨在研究γS晶状体蛋白与filensin的功能联系，及两者对白内障发病的协同影响：检测γS晶状体蛋白及filensin在白内障晶状体组织内的基因突变和表达情况；研究γS晶状体蛋白及其突变体是否在基因或蛋白水平调控filensin的表达；探索γS晶状体蛋白是否对filensin具有类似于α晶状体蛋白的分子伴侣样功能。期望为年龄相关性白内障的预防及早期干预提供新的视角。

年龄相关性白内障是最常见的致盲性眼病，其发病机制十分复杂。本课题拟研究γS晶状体蛋白与filensin的功能联系，及两者对白内障发病的协同影响。通过全基因组表达谱芯片，鉴定可能与人的老年性白内障发病相关的各种基因突变。并选择出与眼部相关的18个基因，包括CRYBB3，CRYBA4，CRYBA2，CRYBA1和CRYBB1等5个晶状体结构蛋白基因，分析出其它可能与白内障相关的基因12个，而CRYGS基因差异不显著。且通过对γS基因突变白内障小鼠的研究，显示γS晶状体蛋白基因突变对filensin基因表达的影响不明显。重新选择新的基因Cartilage acidic protein 1（软骨酸性蛋白，CRTAC1）进行研究，该基因在白内障晶状体标本中表达显著增高。并进行CRTAC1的基因干扰抑制细胞实验，设计CRTAC1 SiRNA序列，了解CRTAC1的功能以及作用机制，包括对氧化应激、炎症、钙离子以及可能存在的通路影响。该项目首次揭示了CRTAC1基因在紫外（UVB）辐射诱导人晶状体上皮细胞（HLECs）凋亡中的调控机制，同时证实了CRTAC1基因有可能成为白内障治疗的靶向目标。并利用蛋白组学手段，借助iTRAQ技术在房水组织中检测到445种蛋白质，与以往的研究相比数量更多。后续我们找到77种差异蛋白质跟白内障有关。这些结果有助于我们找到潜在的蛋白标志物，同时为揭示其发病机理提供重要数据基础。同样，利用代谢组学手段我们在白内障房水组织中检测到了242种代谢物，这数量比以往的研究有所增加，并首次分析了这些代谢物之间的关联性，揭示了房水中氨基酸、碳水化合物和脂类代谢的关键调控元件或途径。更重要的是我们发现了29种代谢物与高度近视眼容易引起白内障发病机制有关。本项目从基因组学、蛋白质组学以及代谢组学三方面着重探讨年龄相关性白内障的发病机制，进一步揭示疾病相关的可能靶点。