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超过80个人类基因与肾小球功能障碍有关，并且随着大型基因测序研究，这个列表还在继续扩大。对足细胞功能至关重要的基因是首批发现的基因之一，包括编码裂隙隔膜蛋白nephrin2的NPHS1及其由NPHS2编码的相互作用伙伴podocin。这两个基因的缺陷导致先天性或早发性肾病综合征，对皮质类固醇治疗无反应，被称为类固醇抵抗性肾病综合征(SRNS)。为了进一步了解SRNS中足细胞损伤的机制，并研究足细胞基因特异性变异对功能的影响，有必要建立合适的实验模型。 肾脏类器官的分化方案在2014年首次被描述，从那时起，类器官已被单细胞转录组学和蛋白质组学广泛研究，并被用于建模遗传性肾脏疾病。虽然肾类器官包含集群细胞表达足细胞标记包括NPHS1和NPHS28和类器官足细胞形成细胞连接可能代表早期缝隔膜结构，但目前还不清楚类器官系统可以用于进一步理解功能后果：足细胞基因中的错义、无义和剪接变异。  为了解决这个问题，Dorison等人使用肾脏类器官来模拟NPHS2中的错义变异。将类器官从基因编辑和患者来源的诱导多能干细胞（iPSC）中分化开来，以创建一个等位基因系列，用于研究NPHS2变异的功能后果（图1）。总的来说，该研究强调了错义变异对足蛋白水平、与肾素的相互作用和亚细胞足蛋白定位的几个未被重视的影响。转运缺陷以前曾有报道，并与蛋白质糖基化异常有关，但这些早期的研究在永生化足细胞或非足细胞系中使用了基因过表达方法。这项新的研究调查了类器官系统中内源性NPHS2基因的变异，因此很可能更好地反映了足豆素在体内的真实转运路线。 该研究集中于5种NPHS2致病变异，即p.G92C, p.P118L, p.R138Q, p.R168H和p.R291W。选择这些变异是因为它们的频率和严重程度，以及它们以前报道的对足蛋白贩运和定位的影响。一个关键的发现是，在所有检测的变异系中，足红蛋白水平普遍下降（图2）。这可能是由于转录或翻译效率较低，或由于足蛋白降解增加。足蛋白水平的降低可能最终导致足细胞凋亡，这在所有基因编辑和患者来源的iPSC变异系中都可以观察到。足细胞凋亡不依赖于内质网（ER）应激，作为allNPHS2变异的共同特征，提示其具有共同的下游机制，需要进一步研究。作者提出，这两种变体的足蛋白构象的改变可能影响与细胞器膜脂质的结合，进而影响足蛋白通过高尔基体的转运。虽然高尔基体保留的机制尚不清楚，但类器官系统可以用于进一步探索影响蛋白质运输的足蛋白翻译后修饰。  图1 肾脏类器官基因变异建模的工作流程。  图2 NPHS2的错义变异影响足蛋白和肾素的定位和足细胞凋亡。  该研究进一步报道了NPHS2变异对器官样足细胞中肾素定位的差异影响。狭缝隔膜的这一关键组成部分在细胞间的粘附、细胞存活和肌动蛋白细胞骨架的调节中起着核心作用。Nephrin的定位依赖于其与足红蛋白的胞质相互作用，P118L、R168H和R291W变体均在内质网或高尔基体中表现出一定程度的肾素隔离。这可能会减少肾素向质膜的运输，也可能影响细胞的存活。除了足蛋白的靶向研究外，本研究还通过分化方案对第7114天时间点所有变异系的全局转录组分析。总的来说，这些变异之间的转录变化非常少。缺乏差异表达基因的可能解释包括选定的时间点，这可能是在转录通量峰值之前或之后，或者正如作者所建议的，NPHS2变异的主要影响是在蛋白质水平和翻译后修饰。  综上所述，本研究是基因编辑或患者来源的肾脏类器官如何作为研究遗传性肾脏疾病的适当实验模型的进一步例子。该系统可用于进一步探索足蛋白转运改变的潜在机制，并筛选和测试潜在的基因或小分子疗法来挽救足蛋白的功能。 参考信息 Pinpointing Podocin Trafficking Defects in Kidney Organoids.J Am Soc Nephrol. 2023 Jan 1;34(1):2-4. doi: 10.1681/ASN.0000000000000020.PMID: 36719143 PMCID: PMC10101581.  |
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