Joubert综合征致病基因在纤毛生成和器官发育中的功能及机制

Cilium is a hair-like subcellular structure, function as an antenna to detect the chemical and mechanical stimuli in the environment. As cilia are widely distributed and required for some important signaling pathways transduction, dysfunction of cilia will cause multi-organ defects, which are coined as “ciliopathy”. However, it’s unclear how cilia assembly are regulated and what else signaling pathways besides Shh pathway are transduced. By using zebrafish, our previous work reveals the role of Inpp5e in ciliogenesis. Inpp5e is one of the causal genes of Joubert Syndrome (JBTS), which is one of the ciliopathies. We showed that Inpp5e regulates ciliogenesis by controlling phosphoinositide PtdIns(3,4,5)P3 and PtdIns(4,5)P2 dependent cell polarity. We proposed to systematically construct the rest 28 JBTS mutants, followed by detailed analyzing these mutants at cellular and molecular level as well as obtaining high resolution gene expression profiles of those phenotypic mutants by using single-cell sequencing. By doing so, we will find some new mechanisms that some JBTS genes regulate the ciliogenesis as well as some new signaling pathways transduced through cilia.

纤毛是一类毛发状亚细胞结构，起着感知环境中机械和化学刺激的作用。由于其分布广泛且功能重要，纤毛的结构和功能的异常会导致多个器官的缺陷，统称为纤毛类疾病。然而，目前对于纤毛生成的调控机制以及纤毛中介导的信号通路还很有限。Joubert综合征（JBTS）是一类纤毛类疾病，我们之前利用斑马鱼模型阐述了一个JBTS基因Inpp5e的作用机制，即Inpp5e通过调节磷酸肌醇PtdIns(3,4,5)P3和PtdIns(4,5)P2在细胞表面的分布来调控细胞极性从而影响纤毛生成这一机制。我们将进一步通过系统地构建另外28个JBTS突变体，对其进行细致的细胞水平和分子水平的表型分析，并且利用微量RNA测序和单细胞测序技术得到高分辨率的器官水平或者细胞水平的基因表达谱，从而阐明部分JBTS在纤毛生成中的作用机制，以及发现新的纤毛介导的信号通路。

纤毛是一类毛发状亚细胞结构，分布于细胞表面，起着感知环境中机械和化学刺激的作用。由于其分布广泛且介导多个信号通路，其结构和功能的缺失会导致严重的发育异常和疾病——纤毛类疾病，累及多个器官，包括耳、眼、鼻、脑、心脏、肾脏、肝脏等，目前尚无有效的疗法。目前对于纤毛生成的调控机制以及纤毛中介导的信号通路还很有限。.Joubert综合征(JBTS)是一类纤毛类疾病，具有纤毛病常见的多囊肾症状。我们利用斑马鱼模型系统地构建了28个JBTS突变体，为研究JBTS提供了模型。不同于人类和哺乳动物中的JBTS模型，27个移码突变的JBTS突变体中，我们发现只有5个JBTS有体轴弯曲或者多囊肾表型且外显率为100%，9个有体轴弯曲或者多囊肾表型但外显率仅为10～20%，其余13个表型完全正常。通过对有多囊肾的JBTS突变体进行表型分析，我们发现Inpp5e、Tctn1、Tctn2和Cep41通过调控细胞极性控制纤毛生成以及肾脏发育。由于这些结果表明细胞极性在纤毛生成有重要作用，我们还研究了极性蛋白Claudin7b和Claudinh在纤毛和胚胎发育中的作用，结果表明细胞极性广泛调控纤毛生成。.多囊肾具有细胞增殖比例升高的特点，纤毛在细胞增殖中也起着重要的功能，但机制还不是很明确。我们发现细胞周期关键调节因子Cdk1存在于纤毛基因数据库，因而可能是纤毛调控细胞增殖的潜在靶点。我们通过遗传和组学的方法研究了Cdk1在体内的功能。我们的结果表明Cdk1通过与不同的Cyclins互作，在S期的进入以及M期的进行过程中发挥重要作用。.综上，本研究建立了JBTS的疾病模型，发现了多个JBTS基因通过调控细胞极性调控纤毛生成，细胞极性在纤毛生成中具有重要的广泛的作用，拓展了对JBTS的疾病机制的理解。并且研究了纤毛中潜在的下游因子Cdk1在胚胎发育中的功能及其机制，为理解纤毛在调控细胞周期中的作用提供了新的思路。