Polycystin-1C末端可溶片段在常染色体显性多囊肾病发展中的作用及机制研究

Autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD) is the most common monogenic disease. Most of ADPKD are caused by mutation in PKD1 gene, which encodes a protein called Polycystin-1 (PC1). PC1 contains multiple transmembrane domains. Its C-terminus can be cleaved to a ~30kD soluble fragment, named PC1-P30. Accumulation of PC1-P30 in kidney was found in ADPKD patients and mouse model, but the mechanism underlying the accumulation and its relationship to cyst growth are not clear. Our preliminary data showed hypoxia caused stabilization of PC1-P30 and its translocation to mitochondria, indicating mitochondrial accumulation of PC1-P30 may promote the progression of cyst growth by affecting mitochondrial function and energy metabolism. In this project, we plan to use Madin-Darby Canine Kidney (MDCK) epithelial cells overexpressing human PC1-P30, PKD rat model and transgenic mice to study the mechanism underlying stabilization and mitochondrial translocation of PC1-P30, and to investigate the effect of mitochondrial accumulated PC1-P30 on cell energy metabolism and proliferation, unveiling the role of PC1-P30 in cyst growth in ADPKD and providing new therapeutic target of ADPKD.

常染色体显性多囊肾病（autosomal-dominant polycystic kidney disease, ADPKD）是最常见的单基因遗传病，主要由PKD1基因突变所致。PKD1编码的Polycystin-1(PC1)蛋白属于多次跨膜蛋白家族，其羧基端能水解产生分子量在30kD左右的可溶性片段PC1-P30。 研究发现PC1-P30在人类多囊肾患者和多囊肾小鼠模型病变组织中累积 。我们的前期研究发现低氧可以稳定细胞内PC1-P30并使其转移至线粒体，提示线粒体中积累的PC1-P30可能通过改变线粒体功能和细胞能量代谢进而促进疾病进展。本课题将利用表达人类PC1-P30的MDCK细胞、PKD大鼠模型和转基因小鼠模型研究ADPKD发展过程中低氧环境对PC1-P30的调控机制以及PC1-P30累积对细胞代谢的影响及机制，为PC1-P30在囊泡增生中的作用机制和发现新的治疗靶点提供依据。

常染色体显性多囊肾病（ADPKD）是一种单基因遗传病。患者肾脏内生成许多囊泡并不断扩张导致肾损害。85%的ADPKD是由PKD1基因突变造成。PKD1基因编码的Polycystin-1（PC1）蛋白可以被切割产生一个分子量在30kD左右的可溶性片段PC1-p30。在一些ADPKD患者肾脏中发现PC1-p30的累积。我们的研究发现：（1）在正常氧浓度下，E3泛素连接酶VHL介导PC1-p30的泛素化降解，低氧条件下，细胞内产生的ROS抑制PC1-p30的降解；（2）低氧产生的ROS诱导PC1-p30进入线粒体，影响线粒体结构及脂肪酸代谢；（3）PC1及PC1-p30可以被激活的caspase-1、3、7切割产生PC1-p15；（4）PC1-p15在正常氧浓度下即可进入线粒体，引起线粒体片段化，干扰脂肪酸代谢；（5）PC1-p15过表达的高龄小鼠可以自发产生肾囊肿。以上研究结果提示低氧条件下细胞内产生的ROS可以稳定PC1-p30并诱导PC1-p30进入线粒体影响线粒体功能，同时，凋亡压力下的细胞也可以通过激活caspase切割PC1或PC1-p30产生PC1-p15，PC1-p15具有较高的稳定性，可以进入线粒体，影响线粒体的结构，干扰脂肪酸代谢，进而影响细胞增殖和囊泡形成。在多囊肾囊泡形成和扩张过程中，上皮细胞经常面临低氧或其它可诱导凋亡的压力，本课题对PC1-p30在低氧和凋亡压力下的调控和功能的研究成果为ADPKD患者肾脏囊泡产生和扩张提供了新的理论依据，为ADPKD治疗提供了新的靶点。