基于网络分析的MGP及其相互作用蛋白在肾结石形成中的作用和分子机制研究

Matrix Gla protein (MGP) is a molecular determinant regulating vascular calcification of the extracellular matrix. Some evidences showed that MGP is associated with kidney stone formation. However, its detail molecular mechanism is still unclear. This project is aimed to reveal the effect of the MGP on kidney stone formation, clarify endoplasmic reticulum stress induced by calcium oxalate crystal and its relationship with MGP activity, study the effect of the vitamin K on the kidney stones formation by constructing recombinant adenovirus of kidney-specific expression of MGP and MGP-siRNA to up-regulate and down-regulate MGP expression. On the other hand, the project will detect interaction proteins with MGP in human kidney using yeast two hybrid technology. Then, we will perform a high-throughput RNA sequencing for HK2 cell exposed to oxalate or crystals, and construct a network of all different expression genes, and found key genes and key signaling pathway. MGP and its interaction proteins will be grouped into the network to get its first and second degree neighbors of nodes, and the relationship of MGP and its interaction proteins with key protein and key signaling pathway in transcriptome will be analyzed using network analysis methods. Project completion will enrich the theory of kidney stone formation, and provide a new target and approach to prevent and treat of kidney stone disease.

基质γ-羧基谷氨酸蛋白（MGP）是调节细胞外基质钙化的决定物质，对血管钙化具有重要抑制作用，有证据表明其与肾结石形成相关，但具体作用和机制不明。本项目拟构建肾脏特异性表达的MGP及MGP-siRNA重组腺病毒改变MGP表达，在细胞和动物水平研究MGP蛋白对肾结石形成的影响，揭示结晶诱导的内质网应激及其与MGP活性的关系，并探讨维生素K在肾结石形成的作用；同时，使用酵母双杂交技术钓取人肾脏MGP相互作用蛋白，利用生物信息学方法分析其可能影响的信号通路。此外，采用转录组学的高通量测序技术和网络分析的方法，分析在草酸或结晶刺激的肾小管上皮细胞转录组中的关键基因和关键信号通路，获得MGP及其互作蛋白在基因网络中的分布情况和第一、二级相关基因，深入分析它们与关键基因和关键信号通路的关系，进一步阐明MGP及其互作蛋白在结石形成中的作用机制。本项目将完善肾脏钙化理论，为防治肾结石病提供新的靶点和思路。

肾结石疾病是一种复杂疾病，形成机制不清。结晶和肾小管上皮细胞相互作用是影响结晶形成的关键，蛋白质在调节结晶和细胞相互作用过程中发挥重要作用。.该项目主要研究内容、成果、数据及科学意义包括：.1、探讨基质γ-羧基谷氨酸蛋白（Matrix Gla protein，MGP）蛋白对肾结石形成的影响及其分子机制。我们构建肾脏特异性表达的MGP及MGP-siRNA重组腺病毒，通过肾脏特异性重组腺病毒和维生素K抑制剂改变MGP表达或者活性，在细胞和动物水平研究肾结石风险条件下MGP表达或者活性变化对结晶与细胞的相互作用、结晶黏着、形成与抑制和细胞保护等方面的影响，阐明MGP在肾结石形成中的作用，探讨维生素K对肾结石形成的影响和作用，发现维生素K1通过增加MGP蛋白表达可以抑制肾脏结晶形成。该发现不仅阐明了MGP蛋白在肾结石形成中的作用，还为肾结石预防提供了新策略。.2、识别结晶和肾小管上皮细胞相互作用的关键生物学过程。通过分析肾结石尿蛋白质组学数据，建立肾结石蛋白相互作用网络，富集分析发现结晶形成的生物学过程与内质网应激相关，进一步在细胞和动物水平结晶负荷条件下，检测内质网应激特异性相关蛋白和相关信号通路蛋白表达。该研究发现了肾结石形成过程中的关键生物学过程及其影响，为肾结石防治提供了新的靶点和策略。.3、高通量基因外显子组测序识别肾结石风险基因研究。.通过对草酸钙肾结石患者和正常人的外显子组测序，检测了38538个变异位点，发现95个基因的172个SNP与肾结石疾病相关，并通过分子动力学方法研究草酸转运蛋白基因变异对肾结石形成的影响，该发现为深入研究中国人肾结石基因风险提供重要依据，并阐明草酸转运蛋白基因变异在肾结石形成中的作用。. 该项目揭示MGP和维生素K对肾结石形成的影响，阐明了肾脏钙化的内质网应激机制，完成了对中国人肾结石疾病的外显子组测序，丰富和完善肾脏钙化的理论，为肾结石疾病的防治提供了新的思路和策略。项目发表论文6篇，其中SCI论文5篇，中科院2区（医学top、生物学）论文2篇，累积影响因子15.567分，中文论文1篇；申请发明专利7项，其中1项已获得授权；获得省科技进步三等奖一项和沈阳市科技进步一等奖一项。