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PKD1 および PKD2 mRNA シス
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PKD1 および PKD2 mRNA シス

Jun 01, 2023

Nature Communications volume 13、記事番号: 4765 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

常染色体優性多発性嚢胞腎（ADPKD）は、最も一般的なヒトの遺伝病であり、腎不全の頻繁な病因の一つであり、主にヘテロ接合性の PKD1 変異によって引き起こされます。 腎嚢胞の形成は、PKD1 投与量が臨界閾値を下回ると発生します。 しかし、残りの対立遺伝子を利用したり、PKD1 の低下を逆転させたりするための枠組みは存在しません。 今回我々は、不活化されていないPKD1対立遺伝子によって産生されるmRNAが、その3'-UTR miR-17結合要素を介して抑制されることを示す。 このモチーフ (Pkd1Δ17) を除去すると、細胞、ex vivo、およびマウス PKD モデルにおける mRNA の安定性が向上し、ポリシスチン-1 レベルが上昇し、嚢胞の増殖が軽減されます。 注目すべきことに、Pkd2 はその 3'-UTR miR-17 モチーフによっても阻害され、Pkd2Δ17 誘発ポリシスチン 2 の抑制解除により、Pkd1 変異モデルにおける嚢胞の増殖が遅延されます。 さらに、嚢胞発症後を含め、Pkd1/2 cis 阻害を急性に遮断すると、マウスの PKD が減弱します。 最後に、患者由来の初代ADPKD培養物におけるPKD1Δ17またはPKD2Δ17対立遺伝子をモデル化すると、嚢胞の縮小、増殖の減少、pCreb1発現の低下、およびミトコンドリア膜電位の改善がもたらされます。 したがって、3'-UTR シス干渉を回避し、PKD1/2 mRNA 翻訳を増強することは、潜在的に変異に依存しない ADPKD 阻止アプローチとなります。

世界中で推定 1,250 万人が常染色体優性多発性嚢胞腎 (ADPKD) に苦しんでおり、これは人類に知られている最も一般的な単一遺伝子疾患の 1 つです。 ADPKD の臨床的特徴は、腎臓内で液体で満たされた無数の嚢胞が容赦なく増殖することであり、これが正常な実質に置き換わり、数十年にわたって大規模な両側腎肥大と腎不全を引き起こします1。 ADPKD は、PKD1 (症例の約 78%) または PKD2 (症例の約 15%) におけるヘテロ接合性の機能喪失型変異により発生します。 嚢胞発生に関する古典的な仮説は、PKD 遺伝子の一方の対立遺伝子に生殖細胞系列の不活化変異があることに加えて、もう一方の対立遺伝子にも体細胞不活化（第 2 ヒットと呼ばれる）があり、細胞内のポリシスチン発現が完全に失われるというものです。 。 しかし、近年、嚢胞形成に関与するメカニズムとして遺伝子投与量の閾値を支持する証拠がいくつかあります2,3。 この仮説は、PKD1 の完全な喪失は必要ではなく、機能的な PKD1 用量が臨界閾値を下回った場合に嚢胞形成が起こると仮定しています。 遺伝子量モデルを裏付けるように、セカンドヒット変異の不活化は、特に小さなADPKD嚢胞では普遍的な特徴ではありません4、5、6、7。 重要なことに、ADPKD 患者の多くは生殖細胞系列 PKD1 変異 (不活化ではなく) ミスセンスを持っているため、PC1 発現が残存し続けています 8、9、10。 原則の証拠として、マウス、ブタ、サルで PKD を引き起こすには、Pkd1 用量を下げるだけで十分です 4、11、12、13、14、15、16。 したがって、用量の減少によりADPKDが引き起こされる場合、正常なPKD1対立遺伝子の発現を増加させることで障害を阻止できる可能性がある。 しかし、この形質転換の可能性にもかかわらず、ADPKD における PKD1 投与量を支配する要因はほとんど不明であり、現在、正常な PKD1 対立遺伝子を活性化するメカニズムはありません。

翻訳終止コドンのすぐ下流にある mRNA 部分である 3' 非翻訳領域 (3'-UTR) は、mRNA を分解から保護し、そのポリ (A) テールを介した翻訳を促進します 17。 逆説的ですが、3'-UTR は、マイクロ RNA (miRNA) との相互作用を介して、mRNA の翻訳抑制または脱アデニル化を媒介することもあります 18、19、20、21。 ほとんどの mRNA 3'-UTR には進化的に保存された miRNA 結合エレメント (MBE) が含まれており、翻訳のシス阻害が遺伝子出力制御の広範なモードであることを示唆しています 22。 しかし、3'-UTR 機能のこの興味深い側面はあまり詳しく説明されていません。 miRNA は主にレオスタットとして機能し、mRNA 標的を適度に抑制することを考慮すると、個々の MBE は宿主 mRNA 機能にわずかな影響を与えると予測されています。 この一般的な論理に反して、我々は、ハプロ不全により遺伝子量が既に減少している場合など、特定の状況下では、MBEを介した残りの対立遺伝子のシス阻害が、最終的なタンパク質生産量を制御することによって疾患修飾効果をもたらす可能性があると推論した。

100 mg/dl and serum creatinine of >0.4 mg/dl (Fig. 3b). Founder #3 Pkd1RC∆17/- mice exhibited minimal disease progression with average BUN < 30 mg/dl and serum creatinine <0.2 mg/dl (Fig. 3a, b)./p>95% of dysregulated mRNAs in Pkd1RC/- kidneys showed improved (or normalized) expression in Pkd1RC∆17/- kidneys (Fig. 3c). Consistent with the RNA-seq data, immunoblot analysis revealed reduced c-Myc and Yap1 in the kidneys of 18-day-old Pkd1RC∆17/- mice compared to Pkd1RC/- mice (Supplementary Fig. 9f). Finally, immunofluorescence analysis demonstrated fewer anti-phospho-Histone-H3-positive cells, indicating lower proliferation, and reduced anti-pCreb1 and anti-MRC1 signals, implying attenuated c-AMP signaling and cyst-associated inflammation, respectively, in kidneys of 18-day-old and 18-week-old Pkd1RC∆17/- mice compared to Pkd1RC/- mice (Fig. 3d)./p> 10-fold higher KW/BW ratio and elevated BUN and serum creatinine in PBS and control oligonucleotide-treated mice compared to age-matched wildtype mice (Fig. 5d–g). Strikingly, PKD was virtually prevented, and renal function remained normal in P18 RGLS4326-treated Pkd1RC/- mice (Fig. 5d–g). In the second study, we began treatment at P16 when Pkd1RC/- mice had already developed cystic disease. By P26, one out of 15 control oligonucleotide-treated mice had died, and the surviving mice had developed progressive kidney enlargement and near-fatal kidney failure. In contrast, we observed attenuation of PKD progression and stabilization of kidney function in RGLS4326-treated Pkd1RC/--KO mice (Fig. 5h–k). Finally, in a third study, we assessed the long-term effects of Pkd1/2 derepression in mice that had already developed PKD. We treated Pkd1RC/- mice on P16 and P17 with the vehicle, 20 mg/kg RGLS4326, or 20 mg/kg control oligonucleotide. These mice then received their respective treatment regimens every week until 18 weeks of age. A fourth group of Pkd1RC/- mice received 20 mg/kg RGLS4326 treatment on P16 and P17 and every other week thereafter. 85.7% (12 out of 14) of PBS-treated and 100% (14 out of 14) of control oligonucleotide-treated Pkd1RC/--KO mice succumbed to their disease before 18 weeks of age. In contrast, 70% (7 out of 10) and 50% (5 out of 10) of Pkd1RC/- mice treated with RGLS4326 bi-monthly or weekly, respectively, survived until 18 weeks of age (Fig. 5m). Furthermore, we noted substantially preserved kidney parenchyma (Fig. 5l and Supplementary Fig. 15) and reduced KW/BW (Fig. 5n) among the surviving mice in the RGLS4326 group. Thus, acute pharmaceutical Pkd1/2 derepression, including after cyst onset, attenuates murine PKD./p>