DSPP Function, Pathophysiology, and Genetic Diagnosis
DSPP 功能、病理生理学和遗传诊断
基本信息
- 批准号:10448405
- 负责人:
- 金额:$ 47.51万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2018
- 资助国家:美国
- 起止时间:2018-09-01 至 2024-05-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AffectAlgorithmsAmino AcidsC-terminalCOL1A1 geneCOL1A2 geneCellsCellular StressClinicalCollagen GeneCollagen Type IDSPP geneDefectDentalDental EnamelDentinDentin DysplasiaDentin FormationDentinogenesisDentinogenesis ImperfectaDiagnosisDiseaseDominant-Negative MutationEndoplasmic ReticulumEtiologyFamilyFractureFrameshift MutationFunctional disorderGene MutationGenesGeneticGoalsGrowthHealthHumanIncisorIndividualInheritance PatternsInheritedIonsKnock-in MouseKnockout MiceLabelLifeMandibleMeasuresMediatingMedicalMethodsMineralsMusMutationOdontoblastsOrganellesOsteogenesis ImperfectaPathologicPathologyPatientsPatternPersonsPharmacologyPhenotypeProcessProteinsProtocols documentationReportingReproducibilityResearchResolutionRiskRoleScanning Electron MicroscopySymptomsSyndromeTestingTherapeuticTimeTooth structureToxic effectadductbonebone fragilitycausal variantclinical phenotypedisease-causing mutationendoplasmic reticulum stressgain of functiongenetic disorder diagnosisgenetic testinghuman diseaseimprovedin vivoin vivo evaluationmalformationmicroscopic imagingmineralizationmouse modelmutantrecruitresponse
项目摘要
Hereditary Dentin Defects (HDD) affect 1 in 8,000 people. The genetic causes of most HDD correlate with
the dysfunction of dentin proteins: type I collagen and dentin sialophosphoprotein (DSPP). All DSPP
mutations reported to date show a dominant pattern of inheritance. This is because DSPP mutations
manifest their phenotype through a dominant negative or gain of function mechanism—not by haplo-
insufficiency. Reducing the normal amount of DSPP by half, as in Dspp heterozygous mice, does not cause
dentin malformations. Dspp-/- null mice show a severe phenotype due to the absence of DSPP—not by the
autosomal dominant pathological mechanism that causes HDD in humans. This distinction is important.
Therapeutically, HDD in the absence of Dspp-/- could be reversed by restoring DSPP expression, whereas
human HDD caused by DSPP mutations could not be restored in this way because the condition is not due
to a lack of DSPP protein, but rather, is due to the pathological effects of aberrant DSPP in odontoblasts.
This proposal “DSPP Function, Pathophysiology, and Genetic Diagnosis” seeks to improve our under-
standings of 1) DSPP-derived proteins during normal dentinogenesis, 2) the pathological mechanism of
Dspp -1 frameshift mutations, and 3) to develop a practical approach for HDD genetic testing to specifically
identify the causative mutation and establish a definitive diagnosis. Three Specific Aims are proposed:
SA1: Determine the role of DSPP-derived proteins during initial dentin mineral formation and coalescence
by characterizing early dentin mineralization in Dspp+/+, Dspp-1fs/-1fs, Dspp-2fs/-2fs and Dspp-/- mice.
SA2: Localize the DSPP -1 frameshift protein in vivo to determine where it accumulates and causes
odontoblast cell pathology.
SA3: Improve the diagnosis and management of HDDs by establishing an efficient genetic testing
algorithm (sequence of actions that identifies the exact genetic cause of HDD in a given individual).
Strategy: We hypothesize that DSPP helps initiate the mineralization of dentin calcospherites and
promotes their growth and coalescence into a continuous mineral layer. By characterizing and comparing
early dentin mineralization in Dspp+/+, Dspp-/-, and Dspp-2fs/-2fs mice using Focus Ion Beam Scanning
Electron Microscopy (FIB-SEM), we can determine if dentin sialoprotein (DSP) or dentin phosphoprotein
(DPP) is promoting the initiation and/or coalescence of dentin. We hypothesize that DSPP -1 frameshift
mutations cause odontoblast cell pathology, possibly through ER stress. We test this hypothesis using
Dspp -1 frameshift knockin mice that closely mimic human disease. Odontoblast pathology is assessed by
FIB-SEM and TEM double immunogold labeling for the mutant protein and organelle markers in vivo. To
improve the diagnosis and management of HDD, we apply a genetic testing algorithm to recruited HDD
families to optimize its reproducibility and efficiency in identifying the underlying disease-causing mutations.
遗传性牙本质缺陷 (HDD) 影响每 8,000 人中就有 1 人,大多数 HDD 的遗传原因与遗传性牙本质缺陷有关。
牙本质蛋白的功能障碍:I型胶原蛋白和牙本质唾液酸磷蛋白(DSPP)。
迄今为止报道的突变显示出显性遗传模式,这是因为 DSPP 突变。
他们的表型通过显性失活或功能增强机制表现出来,而不是通过单倍体
将 DSPP 的正常量减少一半(如 Dspp 杂合小鼠)不会导致缺乏。
Dspp-/- 缺失小鼠表现出严重的表型,这是由于 DSPP 的缺失,而不是由
导致人类 HDD 的常染色体显性病理机制这一区别很重要。
在治疗上,缺乏 Dspp-/- 的 HDD 可以通过恢复 DSPP 表达来逆转,而
DSPP突变引起的人类HDD无法通过这种方式恢复,因为条件不合适
DSPP 蛋白的缺乏,而是由于成牙本质细胞中异常 DSPP 的病理作用所致。
这项提案“DSPP 功能、病理生理学和遗传诊断”旨在改善我们的不足
1)正常牙本质发生过程中DSPP衍生蛋白的分布,2)病理机制
Dspp -1 移码突变,以及 3) 开发 HDD 基因检测的实用方法,以专门
识别可能的突变并建立明确的诊断提出了三个具体目标:
SA1:确定 DSPP 衍生蛋白在牙本质矿物质初始形成和聚结过程中的作用
通过表征 Dspp+/+、Dspp-1fs/-1fs、Dspp-2fs/-2fs 和 Dspp-/- 小鼠的早期牙本质矿化。
SA2:在体内定位 DSPP -1 移码蛋白,以确定其积累和引起的位置
成牙本质细胞病理学。
SA3:通过建立高效的基因检测来改善 HDD 的诊断和管理
算法(确定给定个体 HDD 确切遗传原因的操作序列)。
策略:我们认为 DSPP 有助于启动牙本质钙质球蛋白的矿化,
通过表征和比较,促进它们的生长和聚结成连续的矿物层。
使用聚焦离子束扫描在 Dspp+/+、Dspp-/- 和 Dspp-2fs/-2fs 小鼠中进行早期牙本质矿化
电子显微镜(FIB-SEM),我们可以确定牙本质唾液蛋白(DSP)还是牙本质磷蛋白
(DPP) 正在促进牙本质的起始和/或聚结 我们捕获了 DSPP -1 移码。
突变可能通过内质网应激引起成牙本质细胞病理学,我们使用该假设进行检验。
通过评估与人类疾病极为相似的 Dspp -1 移码敲入小鼠。
FIB-SEM 和 TEM 双免疫金标记,用于体内突变蛋白和细胞器标记。
改善HDD的诊断和管理,我们对招募的HDD应用基因检测算法
家庭以优化其在识别潜在致病突变方面的可重复性和效率。
项目成果
期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
FAM20A mutations and transcriptome analyses of dental pulp tissues of enamel renal syndrome.
釉质肾综合征牙髓组织 FAM20A 突变及转录组分析
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- 发表时间:2023
- 期刊:
- 影响因子:5
- 作者:Wang,Shih-Kai;Zhang,Hong;Wang,Yin-Lin;Lin,Hung-Ying;Seymen,Figen;Koruyucu,Mine;Wright,JTimothy;Kim,Jung-Wook;Simmer,JamesP;Hu,JanC-C
- 通讯作者:Hu,JanC-C
Mouse Dspp frameshift model of human dentinogenesis imperfecta.
- DOI:10.1038/s41598-021-00219-4
- 发表时间:2021-10-19
- 期刊:
- 影响因子:4.6
- 作者:Liang T;Hu Y;Zhang H;Xu Q;Smith CE;Zhang C;Kim JW;Wang SK;Saunders TL;Lu Y;Hu JC;Simmer JP
- 通讯作者:Simmer JP
The Modified Shields Classification and 12 Families with Defined DSPP Mutations.
- DOI:10.3390/genes13050858
- 发表时间:2022-05-12
- 期刊:
- 影响因子:3.5
- 作者:
- 通讯作者:
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