CERKL敲除导致RPE吞噬障碍的分子机制

RP (retinitis pigmentosa) is a kind of eye genetic disease characterized by the progressive degeneration of photoreceptors which is one of the major causes of visual impairment and blindness. CERKL is an important RP/CRD pathogenic gene. However, its molecular mechanism for RP is still unclear. In our previous work, we constructed a CERKL knockout zebrafish by TALEN technology which showed similar symptoms to RP patients. Transmission electron microscopy (TEM) and cell phagocytic experiments revealed that knockout of CERKL induced RPE phagocytosis damage, accompanying a decrease in the level of Mertk. The results suggested that knockout of CERKL causes reduced Mertk level, destroying RPE phagocytosis which is the main cause of RP. In this project, we will further investigate the molecular pathway by which CERKL regulates phagocytosis, and analyze the specific molecular mechanism by which CERKL regulates Mertk, so as to reveal the new pathological mechanism of RP triggered by CERKL mutation.This project will not only clarify the new physiological function of CERKL in retinal and new mechanism of retinal phagocytosis, but also lay a good foundation for discovering the effective prevention and treatment of retinal degeneration by revealing the pathogenesis of retinal degeneration.

视网膜色素变性(RP)是一类由感光细胞退化引起的眼科遗传病，是人类视觉损伤和失明的重要原因。CERKL突变可导致RP/CRD，但其突变引起RP的分子机制尚不是非常清楚。在前期工作中，我们应用TALEN技术构建了CERKL敲除斑马鱼模型，发现其表现出与RP病人类似的表型；透射电镜检测以及细胞吞噬实验发现敲除CERKL导致RPE细胞吞噬障碍，并伴随Mertk显著下调，提示CERKL缺失可能通过下调Mertk导致吞噬障碍最终引起RP。本项目中，我们将进一步探讨CERKL调控吞噬的分子途径，深入分析CERKL调节Mertk的具体分子机制，从而揭示CERKL突变引发RP的新的病理机制。本项目不仅将阐明CERKL在视网膜中新的生理功能和视网膜吞噬的新的机制，而且可以通过揭示视网膜变性发病的病理机制，为发现视网膜变性的有效预防和治疗方法打下良好基础。

视网膜色素变性（retinitis pigmentosa，RP）是遗传性视觉损伤和失明最主要的原因之一，主要特征为感光细胞的退行性死亡。Cerkl是 2004 年被克隆的一个重要的 RP/CRD（cone-rod dystrophy） 致病基因，其突变可引起严重的视网膜退化现象。尽管对其进行了多方面的研究， 迄今为止，CERKL的生理学与病理学功能及其突变引起视网膜色素变性的分子机制尚不清楚， 建立合适的动物模型对于研究该基因功能显得尤为重要。.前期工作中我们应用cerkl基因敲除斑马鱼模型发现其表现出与RP病人类似的表型。斑马鱼中敲除cerkl导致RPE细胞吞噬障碍，可能是引起RP的原因。在视网膜中，一种非典型的自噬途径除了能够维持稳定的细胞内环境外，还能支持感光细胞外节的吞噬作用，并维持视色素水平。本项目应用cerkl-/-斑马鱼以及ARPE19细胞系，发现cerkl缺失导致视网膜自噬功能缺陷。应用药物促进ARPE19细胞自噬水平可显著提高细胞的生存能力，表明cerkl-/-斑马鱼中自噬水平的下降可能是导致感光细胞死亡的原因，同时也提示我们可通过药物处理促进自噬的方法提高感光细胞的生存能力，治疗视网膜色素变性。为进一步探索cerkl突变导致斑马鱼视网膜色素变性的原因，本项目对cerkl-/-斑马鱼脂滴水平进行检测发现严重的脂滴积累情况，且RPE细胞形态不规则，出现双核细胞。RNA-seq分析发现cerkl-/-斑马鱼差异表达基因显著富集于脂质代谢通路，提示我们cerkl突变可能造成脂滴积累与代谢缺陷，引发RPE功能障碍，进而导致RPE吞噬障碍。.本项目应用cerkl基因敲除斑马鱼模型、ARPE19细胞系，结合组织学观察、分子生物学与生物信息分析等手段，系统地阐明了cerkl突变引起视网膜色素变性的分子机制，为视网膜色素变性的治疗提供了理论基础和研究方向，具有重要的科学意义与临床价值。