γC-晶状体蛋白突变诱导未折叠蛋白响应激活导致白内障发生机制研究

本研究聚焦于CRYGC基因c.119-123dupGCGGC突变导致白内障的分子机制，揭示了该突变通过激活内质网未折叠蛋白响应（UPRer）和线粒体未折叠蛋白响应（UPRmt）诱导自噬和凋亡，进而引发核性白内障，为理解白内障发病机制提供了重要见解

　　白内障是全球致盲的主要原因，其发病机制复杂多样。本研究以γC-晶状体蛋白基因（CRYGC）突变导致的白内障为切入点，深入探讨了其背后的分子机制。研究人员利用野生型和转基因小鼠模型，通过基因表达分析、RNA测序、通路分析等技术手段，揭示了CRYGC基因c.119-123dupGCGGC突变（p.Cys42AlafsX63）通过激活内质网未折叠蛋白响应（UPRer）和线粒体未折叠蛋白响应（UPRmt）通路，诱导自噬和凋亡，最终导致核性白内障的发生。该研究不仅为理解白内障的发病机制提供了新的视角，还为开发针对性的治疗策略奠定了理论基础。论文发表在《Scientific Reports》上，进一步丰富了白内障领域的研究成果。

研究背景：白内障是晶状体混浊的一种疾病，是全球致盲的主要原因。根据发病年龄，白内障可分为先天性、儿童期、早发性和老年性白内障。其中，先天性白内障多由晶状体发育或稳态的严重破坏引起，而老年性白内障则是由多种基因与环境因素共同作用的结果。γ-晶状体蛋白是晶状体中最丰富的蛋白质之一，其基因突变是先天性白内障的主要原因之一。本研究聚焦于CRYGC基因c.119-123dupGCGGC突变，旨在揭示其导致白内障的分子机制。

研究方法：研究人员构建了携带CRYGC基因c.119-123dupGCGGC突变的转基因小鼠模型，提取野生型和转基因小鼠的晶状体，分离RNA并转化为cDNA。通过定量实时PCR（qRT-PCR）和RNA测序技术分析未折叠蛋白响应（UPR）通路基因的表达，并利用Qiagen IPA网站进行通路分析。

研究结果：

1. 转基因小鼠模型的表型分析
   研究发现，携带CRYGC基因c.119-123dupGCGGC突变的转基因小鼠在出生后3周表现出明显的表型多样性，部分小鼠双眼晶状体混浊，部分小鼠双眼晶状体透明，还有部分小鼠一只眼晶状体透明而另一只眼严重混浊。通过主成分分析（PCA）发现，野生型、透明CRYGC5bpdup和严重CRYGC5bpdup晶状体的RNA测序数据分别聚类，表明基因表达存在显著差异。
2. 基因表达差异分析
   与野生型晶状体相比，严重CRYGC5bpdup晶状体中189个基因表达上调两倍以上，而透明CRYGC5bpdup晶状体中仅有47个基因表达上调。在严重CRYGC5bpdup晶状体中，与UPR相关的基因表达显著上调，包括内质网应激主调控因子Grp78（Hspa5）及其下游靶基因Atf4和Chop（Ddit3），但GADD34（Ppp1r15a）未见上调。
3. 未折叠蛋白响应（UPR）通路激活
   研究表明，CRYGC基因c.119-123dupGCGGC突变通过激活PERK依赖的UPRer通路和ATF4/ATF5/Ddit3通路，诱导自噬和凋亡，进而导致核性白内障。具体表现为：
   • 内质网UPRer通路中，Hspa5（Grp78）表达上调约四倍，Eif2ak3（Perk）和Atf6表达增加，但Ern1（Ire1）表达下降，Xbp1未见剪切激活。
   • 线粒体UPRmt通路中，Atf4、Atf5和Ddit3表达显著上调，但Akt1和Sirt3表达未变，其下游的Nrf1和Foxo3表达略有增加，但其靶基因Htra2、catalase和Sod2表达未见显著变化，表明该通路的保护性功能可能被抑制。
4. 自噬和凋亡通路的激活
   CRYGC基因c.119-123dupGCGGC突变诱导的UPR最终导致自噬和凋亡通路的激活。具体表现为：
   • 自噬相关基因Atg4b、Atg12表达上调，但Gabarapl1（Atg8）和Pik3c3表达下降。
   • 凋亡相关基因Bbc3、Bax、Diablo和Apaf1表达上调，表明凋亡通路被激活。

研究结论与讨论：
本研究揭示了CRYGC基因c.119-123dupGCGGC突变通过激活UPRer和UPRmt通路，诱导自噬和凋亡，进而导致核性白内障的分子机制。该研究不仅为理解白内障的发病机制提供了新的视角，还为开发针对性的治疗策略奠定了理论基础。此外，该研究还强调了CRYGC基因突变导致白内障的表型多样性与基因表达水平的密切相关性，为白内障的基因-表型相关性研究提供了重要依据。