Wnt/PCP通路经Fzd3/Fzd6-Vangl2调控晶状体纤维细胞有序排列的分子机制

Pediatric cataract is the leading cause of blindness in children and there is no effective therapy. In a recent research published in Nature, our team had regenerated lens in situ using lens epithelial stem/progenitor cells (LECs) and applied that to clinical treatment. However, the maintenance of lens structure and transparency wasn’t ideal. Research shows that ordered orientation of lens fiber, the key to maintain the lens structure and transparency, is highly associated with Wnt/Planar Cell Polarity (Wnt/PCP) pathway and the polarized localization of its key molecule Vangl2. The specific mechanism of it hasn’t been demonstrated. We had established an in vitro induction system from human embryonic stem cells to lentoid body. In this ideal model to study lens regeneration, we found that the expression level of Wnt/PCP receptors -- Frizzled3(Fzd3) and Frizzled6(Fzd6) -- was related to the differentiation and the orientation of lens fibers. Therefore, we hypothesize that Wnt/PCP receptors -- Fzd3 and Fzd6 -- regulate the ordered orientation of lens fiber by modulating the polarized localization of its key molecule Vangl2 and remodeling the cytoskeleton. Using techniques such as gene editing, this project aims to elaborate the molecular mechanism of how Wnt/PCP-Fzd3/Fzd6-Vangl2 regulates the lens fiber ordered orientation in order to provide novel targets for intervention to optimize lens regeneration.

婴幼儿白内障是儿童首位致盲眼病，目前尚缺乏有效治疗。近期，本课题组在《Nature》杂志上发表了利用晶状体干细胞原位再生出晶状体，并用于临床治疗，但再生晶状体的形态和透明度尚不理想。研究表明，晶状体形态和透明度取决于晶状体纤维细胞的有序排列；Wnt/PCP通路及其核心蛋白Vangl2的极性分布与晶状体纤维细胞有序排列密切相关，但具体机制不明。我们已建立体外研究晶状体再生的理想模型—“人胚胎干细胞-晶状体小体”诱导分化体系，并发现Wnt/PCP通路的受体Fzd3和Fzd6表达水平与晶状体纤维细胞分化排列相关。由此，我们提出假设：Wnt/PCP通路受体Fzd3/Fzd6调控核心蛋白Vangl2的极性分布，重塑细胞骨架，使晶状体纤维细胞有序排列。本项目拟通过基因编辑等技术，明确Wnt/PCP-Fzd3/Fzd6-Vangl2通路调控晶状体纤维细胞有序排列的分子机制，为优化再生晶状体提供干预靶点。

先天性白内障（Congenital Cataracts）是儿童重要致盲眼病，手术是唯一有效的治疗方式。然而，小于 2 岁的婴幼儿眼球尚处于发育的关键阶段，不适合 I 期植入人工晶状体，严重影响了患儿的视觉发育。本课题组利用晶状体干细胞原位再生出晶状体，并用于临床治疗，但再生晶状体的透明度不足，难以完全满足正常的视觉需要。因此，阐明晶状体透明度的调控机制、完善晶状体再生是目前亟待解决的问题。.晶状体透明度的维持取决于晶状体细胞的有序排列，这种有序排列与非经典Wnt信号通路Wnt/PCP（Planar Cell Polarity，平面细胞极性） 密切相关。为了研究该通路在晶状体细胞有序排列中的作用，我们拟建立体外晶状体PCP模型，经在2D和3D培养层面进行了多次尝试，但所得的晶状体细胞仍处于发育早期、活性较差，因此未能成功构建PCP模型。.在晶状体体外分化模型——晶状体小体诱导体系中，我们发现外源性添加非经典Wnt信号通路配体Wnt5a可促进晶状体小体分化。基于此，我们对差异表达基因谱进行分析，发现细胞外基质 （Extracellular matrix, ECM） 发生了显著改变，而ECM的变化与成熟晶状体上皮异常分化时发生的上皮-间质转化（Epithelial-mesenchymal transition, EMT）密切相关。根据这一线索，我们调整方向为非经典Wnt信号通路参与的EMT导致晶状体透明度变化的机制研究。通过构建体外EMT模型，我们发现非经典Wnt5a通路的下游分子JNK1通过活化β-catenin通路，参与晶状体上皮细胞EMT过程。这一结果在人晶状体前囊膜下混浊的临床样本中也得到了验证，即JNK1参与调控了晶状体的透明度维持。.本项目围绕非经典Wnt信号通路与晶状体透明度的维持，开展了一系列研究：通过分子实验和生物信息分析技术，揭示了Wnt5a在晶状体细胞分化过程中对细胞外基质成分的调控作用；利用晶状体上皮细胞EMT细胞模型和临床样本，阐明了非经典Wnt信号通路下游分子JNK1参与调控晶状体透明度的机制。我们的研究可望成为维持再生晶状体透明度的干预靶点，为优化晶状体再生提供了新的思路。