사구체병증 및 신경병증을 유발하는 INF2 변이체의 세포골격 및 구조적 효과의 특성 규명

Sep 11, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12003(2023) 이 기사 인용

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국소 분절 사구체 경화증(FSGS)은 말기 신장 질환으로 이어지는 일반적인 사구체 손상입니다. 단일 생성 FSGS는 주로 족세포 완전성 감소에 기인합니다. 액틴 조립 인자인 INF2의 잔기 184와 245 사이의 변이체는 단일 유전자 FSGS 표현형을 생성합니다. 한편, 잔기 57과 184 사이의 변종은 말초 뉴런과 족세포(Charcot-Marie-Tooth CMT/FSGS)와 관련된 이중 측면 질병을 유발합니다. INF2 장애에 대한 분자적 기반을 이해하기 위해 우리는 두 하위 그룹으로 분류된 INF2 변종의 구조적 및 세포골격 효과를 비교했습니다. 하나(G73D, V108D)는 CMT/FSGS 표현형을 유발하고 다른 하나(T161N, N202S)는 단일 유전자 FSGS를 생성합니다. 분자 역학 분석에 따르면 모든 INF2 변이체는 야생형 INF2에 비해 뚜렷한 유연성을 나타내며 N-말단 세그먼트와 C-말단 세그먼트 사이의 분자내 상호작용의 안정성에 영향을 미칠 수 있음이 밝혀졌습니다. INF2 변이체를 발현하는 세포의 면역세포화학은 액틴 스트레스 섬유의 수가 적고 세포질 미세소관 배열의 해체를 보여주었습니다. 특히, CMT/FSGS 변종은 FSGS 변종보다 미토콘드리아 분포 및 단편화에 더 두드러진 변화를 일으켰으며 이러한 변화는 세포골격 파괴의 심각도와 상관관계가 있었습니다. 우리의 결과는 CMT/FSGS 변종이 FSGS 변종보다 파괴된 세포골격-소기관 상호 작용으로 인해 발생하는 더 심각한 전체 세포 결함과 연관되어 있음을 나타냅니다. FSGS 및 CMT 표현형과 관련된 조직 특이적 경로 및/또는 세포 기능을 명확히 하기 위해서는 추가 연구가 필요합니다.

국소 분절 사구체경화증(FSGS)은 네프론의 일부(초점)와 모세혈관 다발의 일부(분절)에 영향을 미치는 사구체 흉터의 독특한 분포를 특징으로 하는 임상병리학적 상태입니다1. FSGS 환자는 임상적으로 스테로이드 저항성 신증후군(SRNS)과 점진적인 신장 기능 저하를 나타냅니다. 현재까지 60개 이상의 유전자가 단일 유전자 SRNS2와 연관되어 있는 것으로 보고되었습니다. 대부분의 SRNS 유전자는 사구체 족세포에서 발현되며, 이는 여과 장벽 기능을 유지하는 데 있어서 족세포의 핵심 역할을 강조합니다. 족세포는 액틴이 풍부한 발 돌기 사이에 슬릿 다이어프램을 생성하고 액틴 네트워크의 동적 재구성에 의해 매개되는 세포 모양의 변화를 조절하여 여과 스트레스에 적응합니다3.

역전된 포르민 2 유전자(INF2)의 돌연변이는 상염색체 우성 FSGS4,5의 가장 흔한 원인(12~17%)입니다. INF2는 세포 이동, 소포 수송, 소기관 역학 및 위치 지정을 포함한 다양한 세포 기능에서 액틴 조립 인자 역할을 하는 투명한 포르민 하위 계열에 속합니다6. INF2는 N 말단 DID(Diaphanous Auto-regulatory Domain) 및 DAD(C 말단 Diaphanous Auto-regulatory Domain) 옆에 있는 중앙 포르민 상동성 1(FH1) 및 2(FH2) 도메인을 포함하는 다중 도메인 단백질을 암호화합니다. INF2는 액틴의 중합과 해중합을 모두 가속화하는 독특한 능력을 가지고 있습니다. 해중합 활성은 DID와 DAD7 사이의 분자 내 상호작용을 통해 부정적으로 억제됩니다. DID 돌연변이는 INF2 분자를 구성적으로 활성화시키는 조절 장애 자가 억제와 관련된 INF2 관련 장애를 유발합니다. INF2는 또한 작은 GTPases의 Rho 계열, formin 계열의 다른 구성원 및 세포 조절자와 상호 작용하여 lamellipodia, filopodia 및 스트레스 섬유와 같은 액틴 기반 구조의 조직을 조율합니다.

INF2 돌연변이는 원래 FSGS만 있는 우세한 가족에서 확인되었습니다8. 60개 이상의 질병 관련 INF 돌연변이는 INF2 엑손 2-49,10에 의해 인코딩된 DID에만 매핑됩니다. 드물고 대체로 산발적인 경우, 다른 INF2 돌연변이가 FSGS9 외에 샤르코마리투스병(CMT-DIE, MIM#614455)과 관련된 말초 신경병증을 유발합니다. FSGS 단독 또는 FSGS/CMT 이중 표현형을 유발하는 INF2 돌연변이는 DID의 독특한 영역에서 분리됩니다. DID의 근위 절반에 있는 변종(Leu57~Glu184 잔기)은 일반적으로 초기 발병 FSGS에서 CMT를 유발하는 반면, 원위 절반(Glu184~Leu245 잔기)에 위치한 변이는 후기 발병의 경미한 FSGS 단독으로 이어집니다. 이러한 관찰은 이러한 INF2 돌연변이가 두 세포 계통, 족세포 및 슈반 세포에 어떻게 뚜렷하게 영향을 미칠 수 있는지에 대한 의문을 제기합니다. INF2 돌연변이는 세포골격 해체 및 미토콘드리아 역학 변경, 엔도솜 수송/표적화, INF28,9,11,12,13,14에 의해 균형을 이루는 활성을 갖는 포르민 단백질인 mDia와의 상호작용과 관련이 있습니다.

0.3 nm deviation from the reference positions), while the other two moderately fluctuating regions at residue 180–194, and 208–220 (around 0.1–0.2 nm) (Fig. 5). These four clusters with higher RMSF correspond to the loop segments connecting α helices of DID domain, the conformation of which is reported to be critical for interaction with the DAD domain (Supplementary Figure S2—S6)16./p> 90% of the central area of the cell; Class 2: at least two heavy, distinct cables enter the central half of the cell and the remaining area is filled with fine cables; Class 3: cells have only fine cables; and Class 4: no cables are detectable in the central area. Scale bars: 10 µm. (B) Histogram showing a proportional distribution of F-actin phenotypes. Immunofluorescence images (n = 100) were visually inspected and scored by two independent investigators. The proportional distributions of actin phenotype categories were significantly different between wild-type INF2 (WT) and each variant, and between FSGS- and CMT/FSGS-causing variant subgroups. Inter-subgroup differences were analyzed by Fisher exact test with multiple testing correction: not significant (ns) or significant (asterisks)./p> 90% of cell area filled with thick cables), type B (at least 2 thick cables running under nucleus and rest of cell area filled with fine cables) staining patterns, type C (no thick cables, but some cables present) and type D (no cables visible in the central area of the cell)22,23. Images were analyzed by visual inspection or automated classification by us of machine learning./p>

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