FLNB基因突变在发育性骨骼畸形中的分子生物学研究

发布时间：2020-06-11 07:46

【摘要】：研究背景:非随机性分布的细丝蛋白B基因(Filamin B FLNB)错义突变位点可导致一组常染色体显性遗传、继发于骨发育不良(bone hypoplasia)的骨骼畸形疾病,包括 Larsen 综合征(Larsen syndrome,LS)、骨发育不全症(atelosteogenesis,AO)、回飞镖样骨发育不全症(boomerang dysplasia,BD)。在这个以骨发育不全为特征的疾病谱中,LS的骨发育不全程度最轻,而BD的骨发育不全程度最重。前人的研究提示我们,在细胞层面及分子层面,可能存在和FLNB基因错义突变相关疾病谱临床表型差异一致的微观表型差异。而关于FLNB突变蛋白自身的结构改变及细胞蛋白质组的差异化表达情况在此前的研究中较少涉及。除了在明确诊断为相关综合征的病人中存在FLNB基因变异外,FLNB基因变异和先天性脊柱侧凸发病之间的相关性在国际上尚无报道。研究目的:在细胞层面和分子层面,验证FLNB基因的错义突变相关疾病之间的微观表型差异是否和其临床表型差异相一致,从中探究FLNB基因的发病机制;并验证FLNB基因突变和先天性脊柱侧凸之间是否存在相关性,为先天性脊柱侧凸的病因学研究及侧凸进展预测寻求新的研究方向。研究方法:首次建立用FLNB质粒转染的ATDC5细胞作为细胞模型,比较与LS相关的FLNBL171R突变质粒和与BD相关的FLNBG1586R突变质粒转染的ATDC5细胞之间细胞学及分子层面的差异,包括细胞形态、迁移、凋亡及Runx2的表达水平等;并运用计算机分子动态模拟分析和SWATH技术,研究FLNB突变蛋白结构的改变,和蛋白质组的差异化表达及相关信号传导通路的富集情况;最后,使用基因负荷分析(gene burden analysis)技术对564例中国汉族人群先天性脊柱侧凸患者的全外显子组信息进行分析,研究FLNB基因突变和中国汉族人群先天性脊柱侧凸之间的相关性。结果:表达FLNBL171R突变蛋白的ATDC5细胞呈现出FLNB蛋白的球形聚集、细胞凋亡率的增加及Runx2蛋白表达量的增加,而表达FLNBG1586R突变蛋白的ATDC5细胞则表现为均匀分布的FLNB蛋白、细胞迁移能力下降及Runx2蛋白表达量的增加;计算机分子动态模拟显示FLNBG1586R突变蛋白的氢键数量减少、稳定性下降,局部二级结构由折弯状态(bend)转变为卷曲状态(coil);蛋白质组学研究显示表达FLNBL171R突变蛋白的ATDC5细胞和表达FLNBG1586R突变蛋白的ATDC5细胞之间存在软骨内成骨相关的蛋白及信号传导信号的差异;基因负荷分析结果表明,FLNB基因突变和中国汉族人群先天性脊柱侧凸之间存在相关性。结论:本研究中,通过对临床就诊的一例Larsen综合征家系的遗传模式及基因学研究入手,抓住FLNB基因错义突变所致疾病谱中的两种极端病例(LS和BD)之间存在显著的临床表型差异这一主要矛盾,作为研究的突破点,通过细胞学、蛋白质结构预测及蛋白质组学等研究方法,不仅为LS和BD这两种疾病间的表型差异提供了合理的解释,还在此基础上,通过全外显子组测序及基因负荷分析,证明FLNB基因突变和中国汉族人群先天性脊柱侧凸之间存在相关性。所有结果,为研究FLNB基因在软骨内成骨过程中所发挥的生理性作用及其变异在骨骼畸形发生中的病理性作用提示了新的研究方向,也为先天性脊柱侧凸的病因学研究增添了新的候选基因。
【图文】：

跗骨,腕骨,综合征,脊柱

发病机理的研究。而脊柱－腕－跗骨融合症和Ｌａｒｓｅｎ综合征的骨化中心之间存在相反逡逑的发育特征，即前者的腕骨或跗骨骨化中心在发育过程中出现提前融合，而后者则逡逑表现为腕骨或跗骨的骨化中心增多，，（图２）提示脊柱－腕－跗骨融合症和Ｌａｒｓｅｎ综合征逡逑分别由基因的功能缺失和功能获得导致。因此，我们呼吁在将来的研宄中加逡逑快构建错义突变相关的动物模型，以深入研究ＦｉＪＶＢ基因在骨骼发育过程中逡逑所起的作用。逡逑１２逡逑

软骨细胞凋亡,骨化中心,椎间盘,骨骼肌

如长骨生长板骨化中心骨化延迟，骨质密度的降低，骨骼肌分化失调，椎间盘的骨逡逑化，软骨细胞凋亡增加，血管形成的机制受损，成骨细胞、软骨细胞及成纤维细胞逡逑的徖移能力下降。（图３）逡逑１３逡逑
【学位授予单位】：北京协和医学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R682

【参考文献】