LRPAP1基因功能缺失导致高度近视的机制研究

High myopia is one of the major causes of visual impairment and is thought to be highly related to genetic factors. Recently, we have identified a homozygous frameshift mutation of LRPAP1 in one of the 298 families with high myopia, suggesting LRPAP1 deficiency is associated with high myopia, even though the molecular mechanism is still unknown. In addition, other studies have revealed that LRPAP1 deficiency down regulate the expression of LRP1 in other organs. And LRP1 deficiency activates TGF-β signaling pathway. Therefore, we suppose that LRPAP1 deficiency might involve in the TGF-β signaling pathway to induce the development of high myopia. Here, by the establishment of lrpap1-defected zebrafish model using CRISPR/Cas9, we initially study the ocular phenotype, morphology and function of retina and sclera, followed by analyzing the relationship between lrpap1 and downstream factors of TGF-β signaling pathway in vivo. Further, in vitro, we exam the collagen synthesis and proliferation in scleral fibroblasts from lrpap1-defected zebrafish under an addition of TGF-β1. This project will get insight into the molecular mechanism of high myopia due to LRPAP1 deficiency both in vivo and in vitro, and may provide clues for gene therapy and medical treatment of myopia.

高度近视是危害视力的主要疾病之一，与遗传因素密切相关。我们最近在高度近视家系中发现LRPAP1基因的纯合移码突变，提示LRPAP1基因的功能缺失可导致高度近视，但其具体机制尚未阐明。另外，其他领域的研究结果揭示LRPAP1基因功能缺失会影响LRP1蛋白合成；而下调或缺失的LRP1蛋白则会激活TGF-β信号通道。据此，我们提出LRPAP1基因突变通过TGF-β信号通道介导高度近视形成这一科学假说。本项目拟通过CRISPR/Cas9技术构建斑马鱼lrpap1基因敲除模型，观察斑马鱼眼部表型、视网膜巩膜结构和功能的变化，分析lrpap1基因与TGF-β信号通道下游效应因子的相互调控关系，并研究lrpap1基因敲除前后斑马鱼巩膜成纤维细胞胶原合成和增殖速率的改变。本项目将从体内和体外两方面探究LRPAP1基因功能缺失如何导致高度近视这一关键科学问题，为近视的基因治疗和药物干预提供理论依据。

高度近视是危害视力的主要疾病之一，与遗传因素密切相关。我们最近在高度近视家系中发现LRPAP1基因的纯合移码突变，提示LRPAP1基因的功能缺失可导致高度近视，但其具体机制尚未阐明。另外，其他领域的研究结果揭示LRPAP1基因功能缺失会影响LRP1蛋白合成；而下调或缺失的LRP1蛋白则会激活TGF-β信号通道。因此，我们拟探讨LRPAP1基因突变导致高度近视的分子机制。本项目通过构建斑马鱼lrpap1基因敲除模型，观察斑马鱼眼部表型、视网膜巩膜结构和功能的变化，分析lrpap1基因与TGF-β信号通道下游效应因子的相互调控关系，我们的结果发现lrpap1-/-突变体斑马鱼在出生1个月后眼轴/身长比值较野生型增大，并在2个月逐渐出现近视漂移。与野生型比较，组织形态学技术揭示突变体眼轴增长，巩膜的胶原纤维更薄、排列更加紊乱。进一步的研究发现TGF-β表达在突变体的眼部组织中表达增高，RNA-测序及生信分析提示凋亡信号通路可能在lrpap1基因敲除后被激活，结果并被TUNEL染色证实。更有趣的是，在野生型斑马鱼胚胎中加入TGF-β激动剂加重了眼球的凋亡过程，而相反地在突变体中加入TGF-β抑制剂则减少了凋亡的发生。我们的研究结果提示了lrpap1基因突变可能通过诱导TGF-β高表达激活下游巩膜的凋亡信号通路导致近视的发生，为近视的基因治疗和药物干预提供理论依据。