Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
พยาธิกลไกในการเกิดโรคกระดูกเปราะชนิดที่ถ่ายทอดโดยโครโมโซมเอ็กซ์
Year (A.D.)
2017
Document Type
Thesis
First Advisor
Vorasuk Shotelersuk
Second Advisor
Kanya Suphapeetiporn
Faculty/College
Graduate School (บัณฑิตวิทยาลัย)
Degree Name
Doctor of Philosophy
Degree Level
Doctoral Degree
Degree Discipline
Biomedical Sciences
DOI
10.58837/CHULA.THE.2017.31
Abstract
Osteogenesis imperfecta (OI) or brittle bone disease is a genetic disorder characterized by deformities of bones and multiple bone fractures. We identified a new causative gene, MBTPS2, in two unrelated patients with OI inherited in X-linked pattern (X-OI). MBTPS2 or site-2 protease (S2P) is a protease that cleaves the transmembrane proteins to activate them acting as transcription factors. To determine pathomechanism of X-OI caused by MBTPS2 mutations, S2P functions were investigated. RNA and protein of S2P were stable. Instead, the defective S2P decreases its cleavage activities. ATF6 and CREB3L1 are target proteins of S2P. We demonstrated decreased a transcriptional activity of ATF6 and a decreased transcription factor form of CREB3L1. Both of them were resulted from defects in the cleavage activity of S2P. In addition, we generated iPSCs from patients' skin fibroblasts and induced them to osteoblasts to elucidate the involving pathomechanism. During osteoblast differentiation, we found the delay or absence of calcium deposit and abnormal patterns of calcium binding in X-OI patients. Consistently, the studies of osteogenic gene expression revealed the defect of osteoblast differentiation and mineralization supporting the defects of calcium deposit. Interestingly, COL1A1, a downstream gene of CREB3L1, and SPARC, SEC23A, SEC24D and LOX, downstream genes of CREB3L3, were downregulated. These genes have functions involving in osteoblastogenesis. Taken together, we concluded that X-OI phenotype is possibly caused by the defects of osteoblast differentiation and mineralization resulting from the decreased transcriptional activities of CREB3L1 and CREB3L3 that downregulate COL1A1, SPARC, SEC23A, SEC24D and LOX.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
โรคกระดูกเปราะเป็นโรคพันธุกรรมที่ระบุได้จากความผิดปกติของรูปร่างกระดูกและการหักซ้ำของกระดูกหลายครั้ง คณะผู้วิจัยได้ค้นพบยีน MBTPS2 ว่าเป็นยีนก่อโรคกระดูกเปราะที่มีการถ่ายทอดผ่านโครโมโซมเอ็กซ์ โปรตีน MBTPS2 หรือ S2P เป็นเอนไซม์ที่ทำหน้าที่ในการตัดโปรตีนที่ฝังตัวอยู่ในเมมเบรน เมื่อโปรตีนที่ฝังตัวอยู่ในเมมเบรนถูกตัด โปรตีนเหล่านี้จะทำหน้าที่ควบคุมการสร้างของยีนอื่น ๆ คณะผู้วิจัยตรวจสอบว่าการกลายพันธุ์ที่พบในยีน MBTPS2 มีผลกระทบกับการทำงานของโปรตีน S2P โดยตรวจสอบการสร้างโปรตีนทั้งในระดับอาร์เอ็นเอและโปรตีน พบว่าการกลายพันธุ์ไม่มีผลกระทบกับการสร้างโปรตีน แต่พบว่าความสามารถในการตัดโปรตีนเป้าหมายลดลง โปรตีน ATF6 และ CREB3L1 เป็นโปรตีนเป้าหมายของ S2P คณะผู้วิจัยพบว่าความสามารถในการทำหน้าที่ควบคุมการสร้างยีน ATF6 ลดลง ส่วนโปรตีน CREB3L1 พบว่าปริมาณของโปรตีน CREB3L1 ที่ถูกตัดโดย S2P ลดลง ทั้งสองส่วนนี้แสดงให้เห็นว่าการกลายพันธุ์ส่งผลให้ความสามารถในการตัดโปรตีนเป้าหมายของโปรตีน S2P ลดลง นอกจากนี้คณะผู้วิจัยได้ทำการศึกษากระบวนการการเกิดโรคของโรคกระดูกเปราะที่ถ่ายทอดผ่านโครโมโซมเอ็กซ์ที่มีการกลายพันธุ์ในยีน MBTPS2 คณะผู้วิจัยได้สร้างเซลล์ที่มีลักษณะคล้ายเซลล์ต้นกำเนิดจากไฟโบรบลาสท์ที่ได้จากเซลล์ผิวหนังของผู้ป่วย และทำการเหนี่ยวนำเซลล์ดังกล่าวให้เป็นออสทีโอบลาสท์ ในกระบวนการสร้างออสทีโอบลาสท์คณะผู้วิจัยพบว่าขั้นตอนการฝังตัวของแคลเซียมเกิดความล่าช้าหรือไม่พบการฝังตัวของแคลเซียมและพบความผิดปกติของรูปแบบการฝังตัวของแคลเซียมในเซลล์ที่ได้จากผู้ป่วย รวมไปถึงการศึกษาการแสดงออกของยีนระหว่างการสร้างออสทีโอบลาสต์แสดงความผิดปกติส่งผลถึงการสร้างออสทีโอบลาสท์และกระบวนการฝังตัวของแร่ธาตุเพื่อสร้างความแข็งแรงให้กระดูก ผลดังกล่าวสนับสนุนความผิดปกติที่พบในกระบวนการฝังตัวของแคลเซียม คณะผู้วิจัยยังค้นพบการแสดงออกที่ลดลงของกลุ่มยีน COL1A1 SPARC SEC23A SEC24D และ LOX กลุ่มยีนดังกล่าวมีความเกี่ยวข้องกับกระบวนการสร้างกระดูก โดยยีน COL1A1 เป็นยีนที่ถูกควบคุมการสร้างโดยโปรตีน CREB3L1 ส่วนยีนอื่น ๆ ในกลุ่มอาจถูกควบคุมการสร้างทั้งทางตรงและทางอ้อมโดยโปรตีน CREB3L3 จากข้อมูลที่กล่าวมาสรุปได้ว่ากลไกการเกิดโรคกระดูกเปราะที่ถ่ายทอดผ่านโครโมโซมเอ็กซ์อาจเกิดจากความผิดปกติในกระบวนการสร้างออสทีโอบลาสท์และกระบวนการฝังตัวของแร่ธาตุเพื่อสร้างความแข็งแรงให้กระดูก ซึ่งความผิดปกตินี้เป็นผลมาจากการทำงานที่ลดลงของกลุ่มยีน COL1A1 SPARC SEC23A SEC24D และ LOX ที่ทำหน้าที่ในการสร้างกระดูก โดยกลุ่มยีนนี้ผ่านการควบคุมการสร้างจากโปรตีน CREB3L1 และ CREB3L3 ซึ่งเป็นโปรตีนเป้าหมายของโปรตีน S2P
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Tongkobpetch, Siraprapa, "Pathomechanism of x-linked osteogenesis imperfecta" (2017). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 521.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/521