RNA的可变剪接与多聚腺苷酸化过程对肾小球滤过屏障的调控

《Journal of the American Society of Nephrology》：RNA Alternative Splicing and Polyadenylation and Regulation of the Glomerular Filtration Barrier

mRNA剪接和polyadenylation在肾小球疾病中调控足细胞和slit diaphragm结构功能，通过动物模型和RNA-seq分析发现137个基因发生异常加工，并证实化学修饰的剪接开关寡核苷酸可靶向调节TJP1/ZO1/ITM2B等关键蛋白的表达。

　　

摘要 通俗语言总结 相关多媒体

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关键点

• 在肾小球损伤期间，mRNA的替代加工为足细胞和裂隙隔膜成分的转录组复杂性增添了重要的一层。
• 顺式元件和反式元件可能为调节足细胞损伤期间的可变剪接和多聚腺苷酸化提供潜在机制。
• 反义寡核苷酸可以调节mRNA加工事件，从而为治疗肾小球疾病提供一种基于RNA的潜在疗法。

背景

肾小球疾病以足细胞损伤和蛋白尿为特征，可能导致慢性肾病（CKD）和肾衰竭。我们假设肾小球病理生理与肾小球基因以及调节过滤屏障的关键足细胞和裂隙隔膜成分的mRNA可变剪接和多聚腺苷酸化有关。

方法

使用嘌呤霉素氨基核苷或阿霉素诱导肾小球损伤，分别模拟人类轻微病变型肾病（minimal change disease）或局灶节段性肾小球硬化症（FSGS），并进行了RNA-seq分析。通过JunctionSeq和APATrap流程查询了可变剪接和多聚腺苷酸化事件。这些事件进一步在足细胞和肾小球背景下进行了定位和分析，并识别了相关调控元件。

结果

在轻微病变型肾病模型中，136/71个基因；在FSGS模型中，1875/746个基因中发现了mRNA加工的改变。通过对重要足细胞和裂隙隔膜基因的转录本注释和优先级分析，发现了具有新作用或已知作用的关键事件。进一步研究了关键裂隙隔膜成分——紧密连接蛋白1（TJP1/ZO1）和微管相关整合膜蛋白2b（ITM2B）的可变剪接。分析了裂隙隔膜核心成员NPHS1、NPHS2和NEPH1的可变多聚腺苷酸化情况，以及其mRNA近端和远端多聚腺苷酸化位点之间的微小RNA结合位点潜在变化。同时，在这些肾病模型中发现了转录调控元件（多聚腺苷酸化和剪接因子）的失调。此外，降蛋白尿药物吡格列酮（pioglitazone）和GQ-16逆转了许多可变剪接和多聚腺苷酸化事件。此外，全基因组关联研究（GWAS）从人类肾病综合征数据库中识别出潜在的顺式调控元件单核苷酸多态性。最后，我们证明了化学修饰的剪接切换寡核苷酸在调节足细胞中紧密连接蛋白1剪接方面的概念验证原理。

结论

我们的研究发现表明，肾小球病理生理和过滤屏障的破坏与肾小球基因的可变剪接和多聚腺苷酸化有关，其中许多基因对足细胞结构和功能以及裂隙隔膜复合体至关重要。

可视化摘要

通俗语言总结本研究探讨了mRNA的替代加工（包括剪接和多聚腺苷酸化）如何在肾小球损伤期间增加足细胞和裂隙隔膜成分的复杂性，从而导致慢性肾病。研究人员使用嘌呤霉素氨基核苷或阿霉素诱导肾小球损伤，分别模拟人类轻微病变型肾病或FSGS，并通过RNA-seq分析mRNA加工事件。他们发现许多基因的mRNA加工发生了显著变化，影响了足细胞的结构和功能。吡格列酮和GQ-16等治疗方法逆转了许多可变剪接和多聚腺苷酸化事件。研究表明，化学修饰的剪接切换寡核苷酸可能通过调节mRNA加工成为治疗肾小球疾病的潜在基于RNA的疗法。

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  Shipra Agrawal博士和Monoj K. Das博士与JASN副主编Alan S.L. Yu和初级副主编Jason O. Wu讨论了他们的研究“RNA可变剪接和多聚腺苷酸化及其对肾小球过滤屏障的调节”。