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Tulp3 通过将囊泡蛋白运输到纤毛来调节肾脏囊泡发生。

Tulp3 Regulates Renal Cystogenesis by Trafficking of Cystoproteins to Cilia.

机构信息

Department of Cell Biology, University of Texas Southwestern Medical Center, 5323 Harry Hines Boulevard, Dallas, TX 75390, USA.

Division of Nephrology, University of Maryland School of Medicine, 655 West Baltimore Street, Baltimore, MD 21201, USA.

出版信息

Curr Biol. 2019 Mar 4;29(5):790-802.e5. doi: 10.1016/j.cub.2019.01.047. Epub 2019 Feb 21.

Abstract

Polycystic kidney disease proteins, polycystin-1 and polycystin-2, localize to primary cilia. Polycystin knockouts have severe cystogenesis compared to ciliary disruption, whereas simultaneous ciliary loss suppresses excessive cyst growth. These data suggest the presence of a cystogenic activator that is inhibited by polycystins and an independent but relatively minor cystogenic inhibitor, either of which are cilia dependent. However, current genetic models targeting cilia completely ablate the compartment, making it difficult to uncouple cystoprotein function from ciliary localization. Thus, the role of cilium-generated signaling in cystogenesis is unclear. We recently demonstrated that the tubby family protein Tulp3 determines ciliary trafficking of polycystins in kidney collecting duct cells without affecting protein levels or cilia. Here, we demonstrate that embryonic-stage, nephron-specific Tulp3 knockout mice developed cystic kidneys, while retaining intact cilia. Cystic kidneys showed increased mitogen-activated protein kinase (MAPK)/extracellular signal-regulated kinase (ERK), mTOR, and persistently high cyclic AMP (cAMP) signaling, suggesting contribution of multiple factors to cystogenesis. Based on kidney-to-body-weight ratio, cystic index, and epithelial proliferation in developing tubules or cysts, the severity of cystogenesis upon Tulp3 deletion was intermediate between that caused by loss of polycystin-1 or cilia. However, concomitant Tulp3 loss did not inhibit cystogenesis in polycystin-1 knockouts, unlike ciliary disruption. Interestingly, ciliary trafficking of the small guanosine triphosphatase (GTPase) Arl13b, loss of which causes cystogenic severity similar to ciliary loss, was reduced prior to cyst initiation. Thus, we propose that cystogenesis in Tulp3 mutants results from a reduction of ciliary levels of polycystins, Arl13b, and Arl13b-dependent lipidated cargoes. Arl13b might be the ciliary factor that represses cystogenesis distinct from polycystins.

摘要

多囊肾病蛋白,多囊蛋白-1 和多囊蛋白-2,定位于初级纤毛。多囊蛋白敲除与纤毛破坏相比,具有严重的囊肿发生;而同时丧失纤毛则抑制过度的囊肿生长。这些数据表明存在一种囊肿发生激活剂,它被多囊蛋白抑制,并且存在一种独立但相对次要的囊肿发生抑制剂,这两者都依赖于纤毛。然而,目前针对纤毛的遗传模型完全消除了该结构域,使得难以将囊蛋白功能与纤毛定位分开。因此,纤毛产生的信号在囊肿发生中的作用尚不清楚。我们最近表明,Tubby 家族蛋白 Tulp3 在不影响蛋白水平或纤毛的情况下,决定了肾脏集合管细胞中多囊蛋白的纤毛运输。在这里,我们证明了胚胎期、肾单位特异性 Tulp3 敲除小鼠发育出囊性肾脏,同时保留完整的纤毛。囊性肾脏表现出增加的丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)/细胞外信号调节激酶(ERK)、mTOR 和持续高水平的环磷酸腺苷(cAMP)信号,表明多种因素促成了囊肿发生。根据肾脏与体重比、囊肿指数以及发育中的肾小管或囊肿中的上皮增殖,Tulp3 缺失引起的囊肿发生严重程度介于多囊蛋白-1 缺失或纤毛缺失之间。然而,与纤毛破坏不同的是,Tulp3 缺失并不能抑制多囊蛋白-1 敲除小鼠的囊肿发生。有趣的是,先前导致囊肿发生的小 GTP 酶(GTPase)Arl13b 的纤毛运输减少,其缺失导致的囊肿发生严重程度与纤毛缺失相似,在囊肿发生之前就已经减少。因此,我们提出,Tulp3 突变体中的囊肿发生是由于纤毛中多囊蛋白、Arl13b 和 Arl13b 依赖性脂化货物的水平降低所致。Arl13b 可能是与多囊蛋白不同的抑制囊肿发生的纤毛因子。

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