DNAJC17 调控听觉毛细胞中的 RNA 剪接，并且是听力所必需的

《Journal of Genetics and Genomics》：DNAJC17 regulates RNA splicing in auditory hair cells and is required for hearing

　　摘要RNA剪接是基因调控的关键环节，但其对维持耳蜗毛细胞功能的作用尚不完全清楚。在本研究中，我们鉴定到一个DNAJC17基因中的杂合错义突变（c.401A>C, p.E134A），该基因编码一种剪接体相关蛋白，该突变在一个多代家庭中与成年起病性进行性听力损失共分离。在小鼠中特异性敲除毛细胞的Dnajc17基因可导致严重耳聋，伴随进行性毛细胞退化，确立了其在耳蜗维持中的关键作用。缺乏DNAJC17的毛细胞表现出明显的静纤毛紊乱，并伴有耳蜗中广泛的替代剪接缺陷。值得注意的是，调节前体mRNA剪接的双重特异性蛋白激酶Clk1显示出外显子包含异常，这与剪接调控网络紊乱一致。此外，Dnajc17 p.E134A基因敲入小鼠表现出成年起病性进行性听力损失，伴有静纤毛和线粒体异常，但毛细胞存活得以保留，重现了人类表型。总之，这些发现确定DNAJC17是常染色体显性听力损失的致病基因，并确定RNA剪接调控是维持耳蜗毛细胞完整性的关键机制。引言听力损失是全球最常见的感觉缺陷，影响全球约4.66亿人，遗传因素导致先天性病例超过50%（Olusanya等，2019）。在遗传性听力损失中，常染色体显性非综合征性听力损失（ADNSHL）通常表现为语言后、进行性听力障碍，通常在成年后发病并随年龄逐渐恶化。尽管过去二十年在鉴定耳聋相关基因方面取得了显著进展，但许多ADNSHL家庭的遗传病因仍然难以捉摸，其潜在的分子机制也不完全清楚。替代剪接是一种基本的转录后调控机制，通过该机制单一基因可产生多种mRNA变体，从而扩展蛋白质组多样性并使基因表达实现精确的时空调控（Baralle和Giudice，2017）。这一过程在专门的感觉细胞如耳蜗毛细胞中尤为关键，这些细胞需要精确调控离子通道、细胞骨架蛋白和突触成分的表达以建立和维持其独特的细胞架构和机械转导机制（Geleoc和Holt，2014）。感觉毛细胞依赖于参与机械转导、突触传递和离子稳态的关键基因的亚型特异性表达（Kim等，2023）。例如，静纤毛顶端链成分PCDH15和CDH23的替代剪接对于正确的毛束发育和机械电转导至关重要（Pepermans等，2014；Li等，2024）。SRRM4等RNA结合蛋白对剪接的调控对于毛细胞分化至关重要，因为SRRM4的缺失会破坏REST的剪接并导致小鼠耳聋（Nakano等，2018）。同样，影响GSDME（DFNA5）剪接的突变会导致外显子跳跃并引起人类的进行性遗传性听力损失（Van Laer等，1998；Booth等，2018）。长读长转录组分析进一步证明了内耳中存在广泛、发育调控的替代剪接程序（Ranum等，2019；Liu等，2023）。尽管有这些进展，但对听觉功能至关重要的剪接调控因子的完整库以及它们调控毛细胞存活和功能的分子机制仍未完全界定。DNAJC17编码DnaJ/Hsp40家族分子伴侣的一员，其特征是保守的J域，该域介导与Hsp70蛋白的相互作用以调节蛋白质折叠、转运和降解（Kampinga和Craig，2010）。与许多细胞质Hsp40蛋白不同，DNAJC17主要定位于细胞核，提示其具有超越经典分子伴侣活性的特殊功能。早期研究表明，DNAJC17在发育中的甲状腺芽中表达，并参与甲状腺球蛋白转录的调控，表明其在组织特异性基因调控中的作用（Amendola等，2010）。随后的蛋白质组学和细胞生物学分析显示，DNAJC17定位于核斑，这是富含前体mRNA剪接因子的亚核区室，并与剪接体成分如PRPF19、CDC5L、XAB2和CWC15相互作用（Pascarella等，2018）。最近，DNAJC17中的致病突变与常染色体隐性视网膜色素变性和综合征性视网膜营养不良有关，支持其在维持高度专业化的感觉细胞RNA剪接稳态中的关键作用（Patel等，2016）。总之，这些研究将DNAJC17定位为具有转录调控和RNA剪接新功能的核Hsp40分子伴侣，尽管其体内生理作用，特别是在听觉系统中，仍有待完全界定。在本研究中，我们鉴定到DNAJC17中的一个杂合错义突变（c.401A>C, p.E134A），该突变在一个四代中国家族中与成年起病性进行性ADNSHL共分离。DNAJC17在耳蜗组织中广泛表达，在感觉细胞中表达富集。毛细胞特异性Dnajc17敲除小鼠表现出严重耳聋，伴有进行性毛细胞退化和静纤毛紊乱，而携带患者衍生突变的小鼠表现出成年起病性进行性听力损失，伴有静纤毛退化和外毛细胞中线粒体分布异常，重现了人类表型。转录组分析显示，DNAJC17缺失导致替代剪接发生广泛改变，其中Clk1成为差异剪接的首要靶标。总之，我们的发现确立DNAJC17是耳蜗毛细胞替代剪接的关键调控因子，并确定DNAJC17是ADNSHL的致病基因，为遗传性听力损失潜在的分子机制提供了见解，并扩展了我们对听觉功能中剪接调控的理解。ADNSHL家族NT-L21的临床特征我们鉴定到一个四代中国家族（NT-L21），其中至少有11人受到成年起病性ADNSHL的影响（图1A）。在大多数受影响个体中，双耳听力损失始于第三或第四十岁的高频，并逐渐进展到第八十岁末的严重至极重度（图1B）。颞骨计算机断层扫描（CT）未检测到内耳畸形。所有受影响受试者均报告耳鸣，而前庭功能障碍讨论在本研究中，我们确定DNAJC17是ADNSHL的致病基因。一个杂合错义突变（c.401A>C, p.E134A）在一个四代家族中与成年起病性进行性听力损失共分离，两个互补的小鼠模型为致病性提供了功能支持。毛细胞特异性Dnajc17敲除导致严重耳聋，伴有进行性毛细胞退化，而Dnajc17 E134A基因敲入模型重现了人类表型，表现为成年起病性进行性听力患者与临床评估我们招募了一个来自中国江苏省的四代汉族家族（NT-L21），患有语言后ADNSHL。16名成员（8名患病者和8名未患病者）参与了本研究。所有参与受试者均签署了知情同意书。所有受试者均接受了完整的病史和体格检查，以排除导致听力损失的环境因素和综合征的存在。听力水平通过纯音测听、ABR和DPOAE测量。未引用参考文献Members, C.-N., Partners, 2024.伦理声明所有参与者或其法定代表均已获得书面知情同意，同意参与本研究并发布本文。参与者的隐私权已得到尊重。本研究包含器官或组织捐献者。本研究包含人类生物材料，捐献者或其近亲或法定代表已获得同意，用于本研究和文章发布。本研究使用的样品并非来源于已处决的数据可用性原始RNA-seq数据已上传至NCBI的GEO数据库，登录号为GSE320419。RNA-seq数据也已存入中国科学院国家基因组科学数据仓库/北京基因组研究所国家基因组科学数据中心（Chen等，2021；Members和Partners，2024），登录号为CRA039126，可通过https://ngdc.cncb.ac.cn/gsa公开访问。CRediT作者贡献声明Luping Zhang：概念化、监督、项目管理、调查、正式分析、数据管理、可视化、资金获取、撰写—初稿、撰写—审阅与编辑。Ziyang Wang：调查、正式分析、数据管理、可视化、撰写—初稿。Wenya Fan：调查、正式分析。Yiliang Huang、Chenxuan Yong、Yuecen Sun、Qingyue Yuan：调查、正式分析。Guang-Jie Zhu：资源、资金获取。Ao Li：利益冲突作者声明他们没有利益冲突。致谢本研究得到国家自然科学基金（82371159资助L. Z.，92368110资助G. W.，82401361资助Q. L.，82201291资助G.-J. Z.）和中央高校基本科研业务费（021414380533资助G. W.）的支持。Luping Zhang|Ziyang Wang|Wenya Fan|Yiliang Huang|Chenxuan Yong|Yuecen Sun|Qingyue Yuan|Guang-Jie Zhu|Ao Li|Tao Yang|Qing Liu|Guoqiang Wan