Adv Sci：浙江大学刘志红/熊旭深/张进发现WT1突变的肾类器官模型揭示足细胞发育的关键调控途径

Wilms tumor-1(WT1)是调节足细胞发育的关键转录因子。然而，WT1在足细胞发育过程中的作用的表观基因组机制尚未完全阐明。

2024年5月29日，浙江大学刘志红、熊旭深及张进共同通讯在Advanced Science 在线发表题为“Kidney Organoid Modeling of WT1 Mutations Reveals Key Regulatory Paths Underlying Podocyte Development”的研究论文，该研究生成了胎儿肾脏和肾类器官的单细胞染色质可及性和基因表达图谱。WT1靶向基因对足细胞的发育及其结构的维持至关重要，包括调节WNT信号通路的BMPER/PAX2/MAGI2，维持肌动蛋白丝组织的MYH9和调节细胞连接组装的NPHS1。

为了进一步说明WT1介导的转录调控在足细胞发育过程中的功能重要性，该研究培养和植入了由WT1杂合错义突变患者的诱导多能干细胞(iPSCs)衍生的患者源性肾类器官。单细胞RNA测序(scRNA-seq)和功能分析的结果证实，由于WT1突变无法激活靶基因MAGI2、MYH9和NPHS1，因此会导致足细胞发育延迟并导致细胞结构损伤。值得注意的是，使用CRISPR-Cas9基因编辑纠正患者iPSCs中的突变可以挽救足细胞表型。总的来说，这项工作阐明了WT1与人类足细胞发育相关的表观基因组景观，并确定了WT1突变的致病作用。

在肾脏发育过程中，WT1的表达随着后肾间充质和足细胞祖细胞的发育而增加，最终局限于成熟足细胞。WT1是调节足细胞发育，维持足细胞结构和功能的关键转录因子。先前的研究通过WT1 ChIP(染色质免疫沉淀)分析描绘了发育和受损小鼠肾脏的WT1相关表观基因组景观，从而极大地增强了人们对WT1结合基因的理解，这些基因对足细胞的发育和功能至关重要。然而，在人类足细胞发育的分化轨迹中，对细胞类型解决的WT1相关表观基因组景观缺乏全面的研究。

胎儿肾脏样本极其稀缺，因此很难将其用于彻底的WT1-ChIP实验。随着单细胞ATAC测序(scATAC-seq)和scRNA-seq技术的发展，上述挑战可以得到解决。综合单细胞分析可以在细胞类型分解水平上研究所有转录因子的作用。先前的研究表明，肾脏类器官与胎儿肾脏之间存在一定程度的相似性。肾类器官是探索患者基因突变致病机制的一种完善的疾病模型。因此，将胎儿肾脏和肾类器官与单细胞分析相结合，为全面阐明WT1在足细胞发育中的作用提供了机会。

胎儿肾脏发育过程中WT1结合的动态变化（图源自Advanced Science ）

WT1突变导致各种足细胞表现，并伴有肾小球基底膜缺陷。为了了解WT1突变如何导致足细胞表型失调，已经建立了多种动物模型并对其进行了表征。例如，在先前的一项研究中，通过产生WT1条件敲除小鼠来阐明WT1在发育时间过程中在足细胞中的功能。然而，之前关于WT1突变如何导致分子和细胞表型的研究仅仅集中在单个基因的作用或特定发育时间点发生的事件上，而不是在系统水平上。如前所述，WT1在足细胞成熟的整个过程中发挥作用，并影响多个下游靶基因的功能。

该研究通过在胎儿肾脏和肾脏类器官中进行sctac -seq/scRNA-seq实验，在单细胞分辨率下阐明了WT1相关的人类足细胞发育表观基因组景观。该研究还揭示了WT1靶向基因的功能意义，这些基因对足细胞的发育和足细胞结构的维持至关重要。此外，还证实了肾脏和肾类器官的相似性，后者是肾脏研究的更好模型。综上所述，在肾脏发育和肾类器官分化过程中，WT1是调控足细胞发育、维持足细胞结构和功能的关键转录因子。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202308556