OSBPL2基因突变致聋的作用机制研究

Deafness is a public health concern in the world. To find the effective methods to diagnose and treat the disease clinically, it is necessary to identify the genes that are responsible for the deafness and uncover their underlying mechanisms. Recently, we identified that the mutated OSBPL2 (encoding oxysterol binding protein-like protein 2) is responsible for deafness from a super family. However, the underlying mechanism for the roles of mutated OSBPL2 in deafness remains unknown. Basing on the preliminary data we have obtained, we hypothesize that OSBPL2 plays essential role in the development and maintenance of auditory formation and its mutated alleles cause deafness by inducing apoptosis of hair cells in the inner ear through abnormally activating unfolded protein response (UPR) in endoplasmic reticulum and/or ERK signaling pathway. To test the hypothesis, we will analyze the effect of knocking out osbpl2b, a zebrafish orthologous gene of human OSBPL2, on the devolvement of inner ear and auditory formation in zebrafish mutants, and explore the changes of unfolded protein response (UPR) in endoplasmic reticulum and/or ERK signaling pathway both in the hair cells of osbpl2b null zebrafish inner ear and OSBPL2 knockout cells of HeLa and HEI-OC1 cell lines. Our results will help to understand the roles of abnormal cholesterol homeostasis and oxysterol pathway in deafness.

耳聋已成为全球性的公共卫生问题，发现新的耳聋基因并探索其作用机制是寻找相应防治对策的重要基础。氧化固醇结合蛋白样蛋白2（OSBPL2）基因是我们新近克隆并鉴定出的一个新的耳聋致病基因，有关其在听觉形成中的作用及机制迄今尚未见报道。本项目拟在已有的前期工作基础上，通过分析敲除osbpl2b（人OSBPL2直系同源基因）对斑马鱼内耳发育和听觉形成的影响、研究突变体内耳毛细胞中以及OSBPL2敲除的HeLa和HEI-OC1细胞内的内质网UPR（未折叠蛋白反应）的应激激活、ERK信号以及毛细胞凋亡等的变化，验证人类OSBPL2的直系同源基因osbpl2b在斑马鱼听觉形成与维持中发挥着关键作用以及其突变可能是主要通过内质网应激激活UPR或/和非UPR依赖的ERK信号的异常激活而诱导内耳细胞凋亡导致听力障碍发生的科学假设。研究结果将拓展我们对于胆固醇和氧化固醇信号通路异常在听力障碍发生中的认识。

基于来源于遗传关系清晰、表型明确的遗传性耳聋家系致病基因进行深入的分子遗传学研究是揭示其分子发病机制极其重要的途径，也为未来耳聋疾病的分子诊断和治疗提供了可能性。本项目在申请者课题组期前已发现的遗传性耳聋致病新基因-氧化固醇结合蛋白样蛋白2（OSBPL2）的基础上，通过构建人OSBPL2同源基因的模式动物突变体和靶基因缺陷的细胞系，开展了系统的体内实验（in vivo）和体外实验（in vitro），课题获得了预期有意义的研究结果：1）通过构建的靶基因缺陷的模式动物（斑马鱼和巴马小型猪）的表型分析，获得了OSBPL2基因型与表现型一致性效应，明确了OSBPL2基因突变与人类听力发生/障碍的相关性。2）揭示了OSBPL2多样性的功能特征，实验结果已发现OSBPL2可与ATIC、G3BP1及KIF2A等分子发生相互作用，参与了p53/SREBF2/NFYA及AMPK等信号通路的转导调控。结合生物信息学分析，也间接验证了OSBPL2是分子进化高度保守的蛋白。 3）在模式动物的耳蜗组织和听觉功能细胞中，均已发现OSBPL2同源基因的功能缺陷，能够引起细胞内的线粒体损伤和毛细胞凋亡，进而引起个体听觉功能的障碍。4）总结发表了6篇SCI期刊和2篇中文核心期刊收录的研究论文，另有2篇论文在撰写投稿中，也有望在SCI收录期刊发表；已申请国家发明专利1项。5）基于本项目的部分研究成果，2017年获批新的NSFC面上项目（批准号：81771000）。. 本项目拓展了我们对氧化固醇/OSBPL2信号通路在听觉形成和发展中的认识，为脂代谢紊乱与耳聋疾病的相关性提供了新的理论依据和实验证据。