Role of KCTD1 for primary hyperparathyroidism

摘要：甲状旁腺激素（PTH）是钙和磷酸盐稳态的中心调节剂， 因此对于骨矿化是必需的。 在原发性甲状旁腺功能亢进中， 尽管血清钙水平正常或高，但PTH量增加。 的分子机制 甲状旁腺细胞中PTH的正常控制转录调节的定义很差。 此外，PTH 生产也受到控制其蛋白质稳定性或从细胞分泌的机制的影响。识别 转录或转录后调节PTH的生产是重要的，我们了解的基本 控制PTH生产的机制。 在这里，我们已经鉴定了含有BTB结构域的核 蛋白质KCTD 1作为一种新的PTH生产的关键调节因子，我们提出PTGs中缺乏KCTD 1， 通过KCTD 1-β介导的转录抑制的丧失导致原发性甲状旁腺功能亢进， PTH。我们产生了KCTD 1 lacZ报告小鼠和KCTD 1-lacZ/lacZ小鼠，并显示KCTD 1在小鼠中强烈表达。 PTG和缺乏KCTD 1的小鼠具有高度增加的活性PTH血清水平和高钙血症。 此外，KCTD 1也在人甲状旁腺组织中表达。KCTD 1-β/-β小鼠发生骨矿化 异常，如在甲状旁腺功能亢进患者中所见。值得注意的是，一些骨骼异常 在KCTD 1-β/-β小鼠中，我们发现头皮-耳-乳头综合征患者中出现表型性骨缺损， KCTD 1错义突变。 为了解决在KCTD 1-β/-β小鼠中观察到的异常是否是 PTG中KCTD 1特异性缺失的结果，或其他器官中KCTD 1的功能是否起作用 对于观察到的表型，我们已经产生了仅在PTG中缺乏KCTD 1的小鼠，并表达了 荧光报告基因等位基因，允许我们从这些小鼠（PTH-KCTD 1 fl/flEYFP+小鼠）中解剖PTG。 我们 将这些小鼠的表型与KCTD 1-β/β小鼠中观察到的表型进行比较， 观察到的甲状旁腺功能亢进和骨缺损是KCTD 1缺乏的结果，仅在 PTG。 KCTD 1可作为转录抑制因子和经典Wnt/β-catenin抑制剂发挥作用 发信号。 为了确定KCTD 1如何调节PTH的产生，我们将在PTG中进行测试。 Cre+ KCTD 1fl/flEYFP+小鼠，KCTD 1是否通过转录抑制或 通过对蛋白质稳定性或PTH细胞分泌的影响以及是否影响PTH产生的敏感性 对钙的变化作出反应。我们将研究经典的Wnt/β-catenin信号是否增加 在缺乏KCTD 1的PTG中，以及β-catenin抑制剂是否可以挽救增加的PTH产生。RNA测序 将识别PTG中KCTD 1的下游靶点。 因此，鉴于我们广泛的科学前提是高的， 初步的数据和PTG-PTB特异性KCTD 1基因敲除小鼠的可用性，以及所提出的实验， 对我们理解甲状旁腺功能亢进的病理机制具有重要的临床意义。

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.