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

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
  • DOI:
    10.1111/iej.13928
  • 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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