RP2のノックアウトはGRK1とロッドトランスデューシンのサブユニットを減少させ、ゼブラフィッシュの光受容体の変性を引き起こす

Knockout of RP2 decreases GRK1 and rod transducin subunits and leads to photoreceptor degeneration in zebrafish.

• Fei Liu
• Jiaxiang Chen
• Shanshan Yu
• Rakesh Kotapati Raghupathy
• Xiliang Liu
• Yayun Qin
• Chang Li
• Mi Huang
• Shengjie Liao
• Jiuxiang Wang
• Jian Zou
• Xinhua Shu
• Zhaohui Tang
• Mugen Liu

抄録

網膜色素変性症（RP）は、世界で約180万人が罹患しています。X-linked retinitis pigmentosa (XLRP)は、RPの中でも最も重篤な形態の1つです。XLRP症例のほぼ85％は、X-linked retinitis pigmentosa 2（RP2）およびRPGRの変異によって引き起こされる。RP2は、ARL3のGTPase activator proteinであり、毛様体蛋白質のトラフィックに役割を果たしていると考えられている。RP2の変異がどのようにしてRPを引き起こすのか、そのメカニズムはまだ明らかになっていない。本研究では、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ技術を用いてRP2ノックアウトゼブラフィッシュ株を作製した。その結果、RP2ノックアウトゼブラフィッシュでは、進行性の網膜変性が観察された。杆体の外側セグメント（OS）の変性が優勢であり、次いで円錐体のOSの変性が認められた。これらの表現型はRP2患者の特徴と類似しており、RP2ノックアウトマウスやモルホリノを介したRP2ノックダウンゼブラフィッシュの表現型とも一部一致しています。また、RP2を欠失すると、ゼブラフィッシュのGRK1とロッドトランスデューシンサブユニット（GNAT1とGNB1）の蛋白質レベルが低下し、網膜の異常な局在化が生じることを初めて明らかにした。さらに、ゼブラフィッシュ網膜の全ファルネシル化蛋白質の分布もRP2欠失によって影響を受ける。これらの分子変化は、RP2をノックアウトしたゼブラフィッシュで観察されたもので、光受容体のOSが徐々に失われていく原因となっている可能性があると考えられます。今回の研究は、RP2ノックアウトゼブラフィッシュにおける網膜変性の進行を明らかにし、RP2変異によるRPの病態解明の基礎を提供するものであり、今後の研究でRPに対する治療法の開発に役立つものと期待されます。

Retinitis pigmentosa (RP) affects about 1.8 million individuals worldwide. X-linked retinitis pigmentosa (XLRP) is one of the most severe forms of RP. Nearly 85% of XLRP cases are caused by mutations in the X-linked retinitis pigmentosa 2 (RP2) and RPGR. RP2 has been considered to be a GTPase activator protein for ARL3 and to play a role in the traffic of ciliary proteins. The mechanism of how RP2 mutations cause RP is still unclear. In this study, we generated an RP2 knockout zebrafish line using transcription activator-like effector nuclease technology. Progressive retinal degeneration could be observed in the mutant zebrafish. The degeneration of rods' outer segments (OSs) is predominant, followed by the degeneration of cones' OS. These phenotypes are similar to the characteristics of RP2 patients, and also partly consistent with the phenotypes of RP2 knockout mice and morpholino-mediated RP2 knockdown zebrafish. For the first time, we found RP2 deletion leads to decreased protein levels and abnormal retinal localizations of GRK1 and rod transducin subunits (GNAT1 and GNB1) in zebrafish. Furthermore, the distribution of the total farnesylated proteins in zebrafish retina is also affected by RP2 ablation. These molecular alterations observed in the RP2 knockout zebrafish might probably be responsible for the gradual loss of the photoreceptors' OSs. Our work identified the progression of retinal degeneration in RP2 knockout zebrafish, provided a foundation for revealing the pathogenesis of RP caused by RP2 mutations, and would help to develop potential therapeutics against RP in further studies.

© The Author 2015. Published by Oxford University Press. All rights reserved. For Permissions, please email: journals.permissions@oup.com.