Role of KCTD1 for primary hyperparathyroidism

点击翻译按钮获取中文摘要

SUMMARY:  Parathyroid  hormone  (PTH)  is  a  central  regulator  of  calcium  and  phosphate  homeostasis  and  thereby  essential  for  bone  mineralization.  In  primary  hyperparathyroidism  parathyroid  glands  (PTGs)  produce  increased  amounts  of  PTH  despite  normal  or  high  serum  calcium  levels.  The  molecular  mechanisms  that  normally  control  transcriptional  regulation  of  PTH  in  parathyroid  cells  are  poorly  defined.  Moreover,  PTH  production is also influenced by mechanisms that control its protein stability or secretion from cells. Identifying  transcriptional or posttranscriptional regulators of PTH production is important for our understanding of the basic  mechanisms  that  control  PTH  production.  Here,  we  have  identified  the  BTB-­domain-­containing  nuclear  protein KCTD1 as a novel key regulator of PTH production and we propose that lack of KCTD1 in PTGs  leads  to  primary  hyperparathyroidism  through  loss  of  KCTD1-­mediated  transcriptional  repression  of  PTH. We generated KCTD1lacZ reporter mice and KCTD1-­/-­ mice and show that KCTD1 is strongly expressed in  PTGs  and  that  mice  lacking  KCTD1  have  highly  increased  active  PTH  serum  levels  and  hypercalcemia.  Moreover, KCTD1 is expressed in human parathyroid tissue as well. KCTD1-­/-­ mice develop bone mineralization  abnormalities, as they are seen in patients with hyperparathyroidism. Notably, some of the bone abnormalities  in KCTD1-­/-­ mice phenocopy bone defects seen in patients with Scalp-­Ear-­Nipple syndrome in which we identified  KCTD1  missense  mutations.  To  address  the  question  if  the  abnormalities  observed  in  KCTD1-­/-­  mice  are  a  consequence of loss of KCTD1 specifically in the PTGs or whether functions of KCTD1 in other organs contribute  to  the  observed  phenotype  as  well,  we  have  generated  mice  that  lack  KCTD1  only  in  PTGs  and  express  a  fluorescent  reporter  allele,  allowing  us  to  dissect  PTGs  from  these  mice  (PTH-­Cre+KCTD1fl/flEYFP+  mice).  We  will compare the phenotypes in these mice with those observed in KCTD1-­/-­ mice and thereby determine if the  observed  hyperparathyroidism  and  bone  defects  are  a  consequence  of  KCTD1  deficiency  exclusively  in  the  PTGs.  KCTD1  can  function  as  a  transcriptional  repressor  and  as  an  inhibitor  of  canonical  Wnt/β-­catenin  signaling.  To  determine  how  KCTD1  regulates  PTH  production  we  will  test  in  dissected  PTGs  of  PTH-­ Cre+KCTD1fl/flEYFP+  mice  whether  KCTD1  regulates  PTH  production  through  transcriptional  repression  or  through effects on protein stability or cellular secretion of PTH and whether it affects sensitivity of PTH production  in response to changes in calcium. We will investigate whether canonical Wnt/β-­catenin signaling is increased  in PTGs that lack KCTD1 and whether β-­catenin inhibitors can rescue the increased PTH production. RNA-­Seq  will  identify  downstream  targets  of  KCTD1  in  PTGs.  Thus,  the  scientific  premise  is  high  given  our  extensive  preliminary data and the availability of the PTG-­specific KCTD1 KO mice, and the proposed experiments have  an important clinical significance for our understanding of pathomechanisms involved in hyperparathyroidism.