应用斑马鱼模型研究CERKL突变引起视网膜变性的分子机制

Retina degeneration is one of the major causes that leads to hereditary visual impairment and blindness. There is no effective treatment for the disease so far. CERKL is an important RP/CRD pathogenic gene, although both its physiological and pathological roles remain unknown. No RP/CRD phenotype has been detected in CERKL knockout mice. In our previous studies, a CERKL knockout zebrafish model has been generated by using TALEN technique. Histology observation demonstrated a typical RP/CRD phenotype in the CERKL-null fish, accompanied by a significant rise of cGMP level in the retina. This proposal is aimed to investigate the pathological processes, especially the specific pathways leading to cGMP up-regulation and photoreceptor death, in retina of CERKL knockout zebrafish. This study will not only uncover the important roles of CERKL in retina physiology, but also provide evidences and support in developing effective strategy for RP/CRD prevention and treatment.

视网膜变性是遗传性视觉损害和失明的最主要的原因之一，CERKL是2004年克隆的重要RP/CRD致病基因，但该基因功能及其突变引起视网膜变性的分子机制尚不清楚，在小鼠中敲除CERKL未能检测到RP/CRD的表型。前期工作中，我们应用TALEN技术成功构建了CERKL敲除的斑马鱼模型，观察纯合缺失的斑马鱼发现其产生类似视网膜变性的临床症状；检测突变体视网膜的cGMP水平发现其浓度显著升高，提示CERKL缺陷可能通过上调cGMP而引起视网膜变性。本项目将前期工作基础上,通过对不同发育时期的斑马鱼进行观察和分析，研究CERKL突变导致RP/CRD的病理过程;分析CERKL调控cGMP在视觉形成过程中的作用机制,揭示CERKL突变导致感光细胞死亡的信号通路。本研究不仅将明确CERKL在视网膜中的生理功能，揭示该基因突变引起视网膜变性发病的病理机制，并将为视网膜变性的有效预防和治疗打下良好基础。

CERKL是一个重要的视网膜变性致病基因，其突变可以引起广泛的视网膜结构和功能缺陷，并导致患者进行性丧失视觉。尽管全世界不同研究者从不同的角度进行研究，但CERKL在视网膜中的生理功能尚不明确，基因突变引起视网膜变性的病理机制还不清楚。缺少合适的CERKL缺陷的动物模型是这一领域缺乏足够进展的关键。本项目在国家基金委的支持下，首次应用.TALEN技术构建了CERKL敲除的斑马鱼模型，并对CERKL缺陷引起的视网膜变性的早中晚各期的病理过程进行了深入细致的观察和分析，揭示了新的CERKL基因功能以及该基因突变引起视网膜色素变性的新的病理机制。通过组织学观察和分子生物学分析，发现在CERKL突变鱼视杆细胞在受累程度和受累时间早晚等方面均超过视锥细胞，提示CERKL突变呈现视网膜色素变性，而非视锥视杆营养不良的临床特征。应用电镜观察，发现视网膜中残存大量的未被吞噬的外节，体内和体外研究均表明抑制CERKL表达可显著破坏视网膜色素上皮细胞的吞噬能力，进一步研究发现CERKL通过调控MERTK维持视网膜色素上皮的吞噬。应用斑马鱼模型，我们还发现CERKL敲除导致视网膜自噬功能缺陷。CERKL可以和sirt1直接相互作用并调控sirt1的磷酸化。Sirt1通过去乙酰化调控自噬蛋白ATG5和ATG7的活性。CERKL突变在视网膜中可以通过下调sirt1导致ATGs活性下降，进而破坏视网膜细胞的自噬功能。我们的这些研究成果揭示了CERKL基因新的功能及其突变引起RP的病理机制，并为寻找和筛选视网膜变性的治疗方法打下了扎实的基础。