MODY-X家系新致病基因Foxa2突变诱发糖尿病的致病机理研究

MODY gene spectrum varies remarkably among different races. 90% of MODY patients in China are caused by unknown MODY genes i.e. MODY-X. Foxa2, an important transcription factor, regulates pancreatic development, the function of islet β-cell, the signaling pathways of glycolipid metabolism as well as insulin sensitivity, and it controls the transcription of MODY genes. By screening genetic mutations of Foxa2 gene in MODY-X families, we found a G92S mutation which genetically co-segregated with diabetes. Functional study showed that the SUR1 transcription activity of G92S mutant protein increased by 78.7% than that of wild type. Structural prediction indicated that G92S mutation resulted in a high degree of instability of Foxa2 protein structure, suggesting this mutation has severely influenced function of Foxa2. In this study, combining with earlier clinical phenotype studies, by using Foxa2 G92S mutation gene knock-in mouse model, we will explore G92S mutation in the following aspects: 1. its effects on the development of pancreas and the function of islet β-cell; 2. how it affects the expression of different genes regarding to the signaling pathways of glycolipid metabolism and insulin sensitivity; 3. how over-expression of Foxa2 in gene knock-in mice will reverse or relieve diabetic phenotypes. In this way, we could provide significant evidence in precision medicine and insights of molecular mechanisms through which G92S mutation involves in regulation of glycometabolism and targets of gene therapy.

种族间MODY基因谱差异极大，中国人MODY90%以上系未知MODY（MODY-X)基因突变所致。 Foxa2是调控胰腺发育、胰岛β细胞功能、糖脂代谢信号通路和胰岛素敏感性的重要转录因子，参与调节MODY基因转录。我们对MODY-X家系筛查Foxa2基因，发现与糖尿病呈遗传共分离的新突变G92S家系。研究显示，与野生型相比，G92S蛋白导致SUR1转录活性上升78.7%；结构预测显示，G92S突变导致Foxa2蛋白结构高度不稳定，严重影响其功能。本项目我们结合前期研究结果，通过Foxa2-G92S突变基因敲入小鼠模型，研究G92S突变：1）对于胰腺发育、胰岛β细胞功能的影响；2）对于糖、脂代谢的不同信号通路基因表达以及胰岛素敏感性的影响；3）基因敲入小鼠中Foxa2过表达对于糖尿病表型的逆转、缓解作用。为阐明G92S参与MODY糖代谢调控分子机理及基因制药靶点,提供精准医学的重要依据。

种族间MODY基因谱差异极大，中国人MODY90%以上系未知MODY（MODY-X)基因突变所致。Foxa2是调控胰腺发育、胰岛β细胞功能、糖脂代谢信号通路和胰岛素敏感性的重要转录因子，参与调节MODY基因转录。我们对MODY-X家系筛查Foxa2基因，发现与糖尿病呈遗传共分离的新突变G92S家系。研究显示，与野生型相比，G92S蛋白导致SUR1转录活性上升78.7%；结构预测显示，G92S突变导致蛋白结构高度不稳，严重影响功能。本项目我们结合前期研究结果，通过Foxa2-G92S突变基因敲入小鼠模型，研究突变的致病机理。为阐明G92S参与MODY糖代谢调控的分子机理及基因制药靶点,提供精准医学的重要依据。我们完成Foxa2-G92S小鼠模型制作并建系。Foxa2-G92S小鼠研究结果表明：与WT组相比，120天小鼠IPGTT显示，杂合组和纯合突变组小鼠血糖（0、15，30、60，120min）没有显著差异（p＞0.05 for each）。为了进一步观察Foxa2小鼠血糖的变化，我们对小鼠进行分组：高脂组（三种基因型）进行60%的高脂喂养；普食组（三种基因型）继续普食喂养。10周（190天）和12周（204天），分别进行IPGTT和IPITT试验。190天IPGTT结果，与WT组相比，Homo组、Hetero组小鼠各点血糖显著升高，出现糖尿病（p<0.01，for each）。 204天IPITT结果：胰岛素注射后血糖各点依次降低，约60-120min时升高，但homo组、hetro组与WT组相比，各时间点的血糖均高于野生型（p<0.05， for each），提示homo组、hetro组对胰岛素的敏感性下降，提示模型成功。230天胰岛mRNA转录组测序结果表明，纯合和杂合转基因小鼠的mRNA转录变化与MODY发生密切相关（p<0.001），亦与MODY转录因子调控网络信号通路显著相关。RT-PCR验证了部分转录组测序的结果：与WT组相比，突变组INS2 mRNA进一步显著下降；Western blot证实，与WT组相比，突变组胰岛胰岛素表达显著降低。我们首次用Foxa2-G92S小鼠研究证实，人类Foxa2-G92S突变可能通过胰岛B细胞的脂毒性作用，导致胰岛素分泌减少的、胰岛β细胞功能缺陷的家族遗传性MODY型糖尿病的发生，并提出了致病机制。