Osteogenesis imperfecta (OI) types VII, VIII and IX, caused by recessive mutations in cartilage-associated protein (CRTAP), prolyl-3-hydroxylase 1 (P3H1) and cyclophilin B (PPIB), respectively, are characterized by the synthesis of overmodified collagen. The genes encode for the components of the endoplasmic reticulum (ER) complex responsible for the 3-hydroxylation of specific proline residues in type I collagen. Our study dissects the effects of mutations in the proteins of the complex on cellular homeostasis, using primary fibroblasts from seven recessive OI patients. In all cell lines, the intracellular retention of overmodified type I collagen molecules causes ER enlargement associated with the presence of protein aggregates, activation of the PERK branch of the unfolded protein response and apoptotic death. The administration of 4-phenylbutyrate (4-PBA) alleviates cellular stress by restoring ER cisternae size, and normalizing the phosphorylated PERK (p-PERK):PERK ratio and the expression of apoptotic marker. The drug also has a stimulatory effect on autophagy. We proved that the rescue of cellular homeostasis following 4-PBA treatment is associated with its chaperone activity, since it increases protein secretion, restoring ER proteostasis and reducing PERK activation and cell survival also in the presence of pharmacological inhibition of autophagy. Our results provide a novel insight into the mechanism of 4-PBA action and demonstrate that intracellular stress in recessive OI can be alleviated by 4-PBA therapy, similarly to what we recently reported for dominant OI, thus allowing a common target for OI forms characterized by overmodified collagen.This article has an associated First Person interview with the first author of the paper.

中文翻译：

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伴侣4-苯基丁酸酯可缓解由于胶原脯氨酰羟化复合物受损引起的细胞应激。

软骨相关蛋白（CRTAP），脯氨酰3-羟化酶1（P3H1）和亲环蛋白B（PPIB）的隐性突变导致VII，VIII和IX型成骨不全症（OI）分别以合成过度修饰的胶原为特征。这些基因编码负责I型胶原中特定脯氨酸残基3-羟基化的内质网（ER）复合物的成分。我们的研究使用来自7例隐性OI患者的原代成纤维细胞，剖析了复合物中蛋白质突变对细胞稳态的影响。在所有细胞系中，过度修饰的I型胶原分子在细胞内的滞留会导致ER增大，这与蛋白质聚集体的存在，未折叠的蛋白质反应的PERK分支的激活以及细胞凋亡有关。施用4-苯基丁酸酯（4-PBA）可通过恢复ER池的大小，使磷酸化的PERK（p-PERK）：PERK比例和凋亡标记的表达正常化来缓解细胞应激。该药对自噬也有刺激作用。我们证明了4-PBA治疗后细胞稳态的挽救与其伴侣活性有关，因为在存在自噬药理学抑制作用的情况下，它增加蛋白质分泌，恢复ER蛋白稳态并降低PERK活化和细胞存活。我们的结果提供了对4-PBA作用机理的新颖见解，并证明了隐性OI的细胞内应激可以通过4-PBA治疗得以缓解，这与我们最近报道的优势OI类似，因此可以作为特征性OI的共同靶点本文的第一作者接受了第一人称采访。我们证明了4-PBA治疗后细胞稳态的挽救与其伴侣活性有关，因为在存在自噬药理学抑制作用的情况下，它增加蛋白质分泌，恢复ER蛋白稳态并降低PERK活化和细胞存活。我们的结果提供了对4-PBA作用机理的新颖见解，并证明了隐性OI的细胞内应激可以通过4-PBA治疗得以缓解，这与我们最近报道的优势OI类似，因此可以作为特征性OI的共同靶点本文的第一作者接受了第一人称采访。我们证明了4-PBA治疗后细胞稳态的挽救与其伴侣活性有关，因为在存在自噬药理学抑制作用的情况下，它增加蛋白质分泌，恢复ER蛋白稳态并降低PERK活化和细胞存活。我们的结果提供了对4-PBA作用机理的新颖见解，并证明了隐性OI的细胞内应激可以通过4-PBA治疗得以缓解，这与我们最近报道的优势OI类似，因此可以作为特征性OI的共同靶点本文的第一作者接受了第一人称采访。在存在自噬的药理学抑制作用的情况下，还可以恢复ER蛋白稳态并降低PERK活化和细胞存活。我们的结果提供了对4-PBA作用机理的新颖见解，并证明了隐性OI的细胞内应激可以通过4-PBA治疗得以缓解，这与我们最近报道的优势OI类似，因此可以作为特征性OI的共同靶点本文的第一作者接受了第一人称采访。在存在自噬药理学抑制作用的情况下，还可以恢复ER蛋白质稳态并降低PERK活化和细胞存活。我们的结果提供了对4-PBA作用机理的新颖见解，并证明了隐性OI的细胞内应激可以通过4-PBA治疗得以缓解，这与我们最近报道的优势OI类似，因此可以作为特征性OI的共同靶点本文的第一作者接受了第一人称采访。