NOMO1纯合突变导致原发性纤毛运动障碍的机制研究

Primary ciliary dyskinesia (PCD) is a rare heterogeneous genetic disorder characterized by situs inversus, bronchiectasis and chronic sinusitis. We initially screened 23 cases of PCD. In combination with whole-exome sequencing and homozygosity mapping technologies, we identified a NOMO1 homozygous mutation (c.A1168G/p.T390A) in a PCD patient from a consanguinity family. Previous studies showed that NOMO1 is closely related to cilia and is a key regulator of the Nodal signaling pathway. Our preliminary study showed that mixed ultrastructural defects were found in the NOMO1 mutant patient. And then CRISPRi knockdown of NOMO1 resulted in abnormal cardiac looping and L-R asymmetry. PCD patients, zebrafish models and in vitro cell experiments will be employed to test the hypohesis that NOMO1 is crucial for ciliogenesis and L-R asymmetry. This study is likely to continue to discover new PCD gene,increase our mechanistic understanding of how NOMO1 cause PCD, and provide new targets for clinical diagnosis and treatment of PCD in the future.

原发性纤毛运动障碍（Primary Ciliary Dyskinesia，PCD）是一类纤毛相关的罕见常染色隐形遗传病，主要表型为内脏反位、支气管扩张、鼻窦炎等。我们前期筛查23例PCD，利用全外显子测序结合纯合子定位在一例近亲PCD家系鉴定到NOMO1纯合突变（p.T390A）。已有文献表明NOMO1与纤毛密切相关，且是Nodal信号通路上的关键调节因子。前期我们利用透射电镜发现NOMO1突变患者气道纤毛超微结构出现混合缺陷。接着我们利用模式生物斑马鱼CRISPRi抑制斑马鱼同源的nomo表达，预实验显示斑马鱼出现胚胎心脏袢环及左右不对称发育破坏，即出现内脏反位表型。为进一步证实NOMO1为PCD致病基因，我们将从PCD患者、斑马鱼及体外细胞实验，进一步研究NOMO1突变参与PCD纤毛生长的调控及破坏左右非对称发育机制。本课题有可能鉴定到新的PCD致病基因，并为PCD诊治提供新靶点。

项目背景： 原发性纤毛运动障碍（Primary Ciliary Dyskinesia, PCD）是一类纤毛相关的罕见的常染色隐形遗传病，主要表型为内脏反位、支气管扩张、鼻窦炎等。目前已鉴定的PCD致病基因几乎均为欧美国家所克隆，国内研究匮乏。我们前期筛查23例PCD，利用全外显子测序结合纯合子定位在一例近亲PCD家系鉴定到NOMO1突变。我们结合文献和相关研究发现NOMO1在PCD左右非对称发育中起关键作用。.研究内容：通过对PCD和常见呼吸系统遗传性疾病的家系进行已知突变基因筛查、新致病基因的探索，并构建了nomo敲除斑马鱼及细胞实验功能验证等方法，进一步研究NOMO1基因突变对纤毛发育异常及左右不对成发育的影响。.主要结果：本课题我们通过CRISPER/Cas9技术，成功构建了nomo敲除斑马鱼，并观察到nomo-/-斑马鱼库氏囊泡、心脏及腹腔脏器等早期发育异常，出现左右非对称发育。鼠源呼吸道上皮细胞原代培养，通过慢病毒敲降干扰目的基因NOMO1，进行转录组及蛋白质组学分析，发现了多条可能涉及的信号通路。在呼吸系统遗传性近亲家系的筛查中，在通过扩大遗传病家系筛查，除了我们的NOMO1的常规筛查外，还意外发现其他的重大呼吸系统遗传疾病的新基因及新位点。利用免疫荧光、透射电镜、高速视频成像等先进技术进行含纤毛器官的研究，在国际上首次发现及证明BRWD1是导致PCD合并精子鞭毛多形态异常（MMAF）的致病基因；通过PCD家系中新变异位点的鉴定及变异功能的评估，发现DNAAF4、DNAAF2新突变位点可导致纤毛功能异常；在PCD患者中首次发现DRC1可导致MMAF；通过生物信息学、高通量细胞因子、流式细胞学免疫功能检测等实验在国际上首次揭示了CARD10基因纯合突变与遗传性支扩表型——原发性免疫缺陷病相关。.科学意义：本研究验证了NOMO1对纤毛发育异常及左右不对称发育的重要影响，还揭示了可能的信号通路机制。另外，还首次发现CARD10基因纯合突变与原发性免疫缺陷病相关，DRC1突变可导致MMAF，并且扩大了DNAAF4、DNAAF2基因致病突变位点库，同时为上述家系患者的遗传诊断及家系遗传咨询提供了非常重要的作用。该研究有助于深入探讨纤毛调控机制及与人类疾病关系，对呼吸系统遗传性疾病的发病机制研究及后续临床上诊治均具有重要的指导意义。