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Gain-of-function variants in SMAD4 compromise respiratory epithelial function - 24/09/24

Doi : 10.1016/j.jaci.2024.08.024 
Mark E. Lindsay, MD, PhD a, b, Eleanor R. Scimone, BS c, Joseph Lawton, BA b, Rashmi Richa, PhD b, Lael M. Yonker, MD d, Yuanpu P. Di, PhD e, Karen Buch, MD f, Wukun Ouyang, MS g, Xiulei Mo, PhD g, Angela E. Lin, MD c, Hongmei Mou, PhD d,
a Cardiovascular Genetics Program, Massachusetts General Hospital, Boston, Mass 
b Cardiovascular Research Center, Department of Medicine, Massachusetts General Hospital, Boston, Mass 
c Medical Genetics, Department of Pediatrics, Mass General for Children, Boston, Mass 
d Mucosal Immunology and Biology Research Center, Massachusetts General Hospital, Boston, Mass 
e Department of Environmental and Occupational Health, University of Pittsburgh, Pittsburgh, Pa 
f Department of Radiology, Massachusetts General Hospital, Boston, Mass 
g Department of Pharmacology and Chemical Biology, Emory University School of Medicine, Atlanta, Ga 

Corresponding author: Hongmei Mou, PhD, Mucosal Immunology and Biology Research Center, Massachusetts General Hospital, 55 Fruit St, Jackson 1402, Boston, MA 02114.Mucosal Immunology and Biology Research CenterMassachusetts General Hospital55 Fruit StJackson 1402BostonMA02114
Sous presse. Épreuves corrigées par l'auteur. Disponible en ligne depuis le Tuesday 24 September 2024

Graphical abstract




Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abstract

Background

Myhre syndrome is an exceedingly rare yet increasingly diagnosed genetic disorder arising from germline variants in the SMAD4 gene. Its core manifestation is the progression of stiffness and fibrosis across multiple organs. Individuals with Myhre syndrome exhibit a propensity for upper respiratory tract remodeling and infections. The molecular and cellular mechanisms underlying this phenotype remain unclear.

Objective

We sought to investigate how SMAD4 pathogenic variants associated with Myhre syndrome affect SMAD4 protein levels, activation, and physiological functions in patient-derived nasal epithelial cells.

Methods

Clinical observations were conducted on a cohort of 47 patients recruited at Massachusetts General Hospital from 2016 to 2023. Nasal epithelial basal cells were isolated and cultured from inferior turbinate brushings of healthy subjects (n = 8) and patients with Myhre syndrome (n = 3; SMAD4-Ile500Val, Arg496Cys, and Ile500Thr). Transcriptomic analysis and functional assays were performed to assess SMAD4 levels, transcriptional activity, and epithelial cell host defense functions, including cell proliferation, mucociliary differentiation, and bacterial elimination.

Results

Clinical observations revealed a prevalent history of otitis media and sinusitis among most individuals with Myhre syndrome. Analyses of nasal epithelial cells indicated that SMAD4 mutations do not alter SMAD4 protein stability or upstream regulatory SMAD phosphorylation but enhance signaling transcriptional activity, supporting a gain-of-function mechanism, likely attributable to increased protein-protein interaction of the SMAD complex. Consequently, Myhre syndrome nasal basal cells exhibit reduced potential in cell proliferation and mucociliary differentiation. Furthermore, Myhre syndrome nasal epithelia are impaired in bacterial killing.

Conclusions

Compromised innate immunity originating from epithelial cells in Myhre syndrome may contribute to increased susceptibility to upper respiratory tract infections.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Key words : Myhre syndrome, SMAD4 mutation, nasal epithelial basal cells, cell proliferation, mucociliary differentiation, innate immunity

Abbreviations used : ALI, BMP, GOF, GST, PAO1, PPI, SMAD4, SPLUNC1, TR-FRET, VF, WT


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