当前位置：首页 > 详细信息 中山大学附属口腔医院许宝山团队揭示染色体粘合素调控骨骼生长发育的分子生物学机制
作者：luojiao 发布时间：2021/8/2 11:10:00
染色体粘合素Cohesin是连接染色体的环形结构骨架，广泛分布于染色体基因组，在结构和功能的进化上均高度保守，不但控制细胞分裂过程中姐妹染色体分离，而且调节大量基因转录及DNA损伤修复。Cohesin的结构和调控元件Nipbl，Smc1，Smc3，HDAC8等基因突变导致先天性出生缺陷德朗热综合征(Cornelia de Lange syndrome，CdLS)。CdLS是新生儿发病率万分之一的罕见遗传病，目前在国内外的研究进展滞后，疾病数据与临床资源稀缺，导致患者面临缺医少药和医疗信息匮乏的困境，给国家、社会和患者家庭都带来沉重负担。其中Cohesin装载蛋白Nipbl基因突变病例占CdLS患者的60%以上，是最为常见的致病基因。Nipbl基因突变的病人普遍具有颅颌面与耳鼻喉部发育畸形、先天性牙齿发育不良、心脏结构与功能异常、四肢发育不全、躯体生长迟缓、及出生后高死亡率等症状，然而Nipbl突变导致骨骼组织生长发育缺陷的致病分子机制尚待阐明。
2021年6月25日，中山大学百人计划引进学者许宝山团队在Journal of Cellular Physiology国际期刊在线发表题为“Defects of cohesin loader lead to bone dysplasia associated with transcriptional disturbance”的研究论文，该最新研究成果聚焦于cohesin装载蛋白Nipbl对骨骼生长发育过程的调控机制，课题组通过CRISPR-Cas9方法构建Nipbl-a基因敲除的斑马鱼突变体(exon3 -5bp,+6bp)，揭示了Nipbl-a杂合子与纯合子突变体呈现骨架整体发育迟缓，及显著的颅颌面部软硬骨组织发育缺陷，并首次发现PERK通路特异性抑制剂ISRIB (integrated stress response inhibitor)对杂合子突变体的软硬骨组织生长发育缺陷表型具挽救作用（图1）。
同时，课题组通过细胞与分子生物学的综合分析揭示了Nipbl基因失活显著破坏小鼠成骨前体细胞核仁结构完整性，降低核仁关键组分fibrillarin蛋白表达水平；且ISIRB可显著逆转Nipbl基因失活导致的核仁胁迫应激损伤。通过8-oxoguanine与β-半乳糖苷酶染色法发现Nipbl基因失活显著地诱导成骨前体细胞的核仁氧化应激损伤和早熟性衰老；采用γ-H2AX蛋白免疫荧光染色分析显示Nipbl基因失活激活核仁DNA损伤反应。
进一步，该研究阐释了Nipbl基因失活抑制成骨前体细胞碱性磷酸酶水平，且通过茜素红矿化染色法揭示Nipbl基因失活显著降低成骨矿化能力。与动物体内实验相一致，ISRIB干预可显著补救Nipbl基因失活导致的成骨前体细胞碱性磷酸酶表达和矿化能力下降。
此外，课题组通过RNA-Seq技术分析了Nipbl基因敲减的人类神经嵴干细胞和Nipbl基因突变的小鼠胚胎成纤维细胞的转录组数据，结果表明Nipbl基因失活显著地抑制了骨骼组织发育及成骨分化的很多基因(Runx2, Col1a1, Spp1和Sox9等)表达水平，提示这类遗传疾病导致骨骼组织发育异常的分子调控机制。
综上所述，此项研究阐释了这类罕见遗传病的潜在生物学机制：Nipbl基因失活诱导PERK-eIF2α-ATF4胁迫应激、DNA损伤、核仁氧化应激等多个分子事件，导致成骨前体细胞早衰及凋亡等缺陷表型；且抑制神经嵴干细胞和胚胎细胞中骨发育基因和有关信号通路的表达，引起颅颌面与四肢部位软硬骨组织生长发育障碍；采用PERK通路特异性抑制剂ISRIB对这类疾病的骨骼发育缺陷表型具有一定的挽救作用（图2）。
此项研究力图揭示这类遗传性发育缺陷疾病的分子治疗靶点，并阐释PERK特异性抑制剂ISRIB对这类疾病具防治潜力，有助于深入认识CdLS罕见遗传病的病因机制，丰富cohesin调控动物生长发育的分子通路网络。