PNAS|华中科技大学熊博团队揭示导致神经发生缺陷和异常行为的新机制:DDX3X缺陷通过Notch信号通路功能障碍

学术   2024-11-05 00:01   上海  

【神经科学前沿技术培训系列】详见文末


撰文段伟成

审阅︱熊  博

责编︱王思珍


神经发育性障碍是指儿童在发育期由于遗传、环境等多种原因导致的以认知、情绪和行为异常为主要表现的一类精神障碍,主要包括孤独症谱系障碍、智力障碍、发育迟滞、多动症等。该组疾病严重影响患儿的独立生活能力,带来了严重的社会负担。目前,数百个风险基因被测序发现可能参与导致神经发育性障碍,具有极高的遗传异质性。解析其中的致病机制有助于发现潜在的治疗靶点,为其核心症状的精准治疗提供基础,具有重要临床意义。


近日,华中科技大学同济医学院法医学系熊博教授课题组在《美国科学院院刊》PNAS)发表了题为Deficiency of DDX3X results in neurogenesis defects and abnormal behaviors via dysfunction of the Notch signaling的研究性文章。这项研究分析了DDX3X新发突变的人类遗传学特征,揭示了DDX3X通过调控神经细胞命运的导致异常精神行为的致病机理,为缓解该类神经发育障碍的核心症状提供潜在药物和靶点。

 

在本研究中,熊博团队首先分析了通过国际合作收集的包含主要诊断为孤独症或发育迟缓的46,612个病人家系的全外显子组或全基因组测序数据,确证了DDX3X是神经发育障碍中第二常见的新发突变风险基因,主要导致女性病人患有发育迟缓的风险,且具有物种进化保守的特点(1)

 
1 DDX3X新发突变在46,612个神经发育障碍家系中的遗传特征


为了探究DDX3X在神经发育中的作用,这项研究利用CRISPR-Cas9基因编辑技术,构建了不同剂量缺失的斑马鱼模型。在动物模型中发现,DDX3X高剂量缺失的斑马鱼形态学上展现出生存率降低、发育迟缓、小头畸形、脑连接度降低;行为学上表现为适应性障碍、社交缺陷以及空间记忆障碍(图2

 
DDX3X高剂量缺失斑马鱼表现为适应性缺陷、社交障碍、空间记忆障碍


为了探究异常行为的细胞学机制,该研究对DDX3X缺失的斑马鱼脑组织进行了单细胞核测序和实验验证,发现DDX3X缺失导致了神经干细胞池减少,神经元总数减少,兴奋性和抑制性神经元分化失衡,端脑兴奋性降低(图3为了验证是否是脑中兴奋性/抑制性失衡介导了突变体的异常行为,该研究对突变体进行了谷氨酸或谷氨酸受体激动剂干预,发现干预后可以缓解适应性障碍和社交缺陷(图4

 
突变体表现兴奋性神经元减少、抑制性神经元增多、端脑神经活力降低

 
补充谷氨酸或谷氨酸受体激动剂可以缓解突变体适应性障碍和社交缺陷


由于DDX3X主要参与调控RNA代谢功能,本研究对突变体头部进行了转录组测序以进一步解析造成该神经细胞命运异常和异常行为的分子机制。结果显示DDX3X缺失导致头部的智力障碍、孤独症、神经发育障碍等风险基因表达显著下调和NOTCH信号下调,其中CREBBP是其中的核心分子(图5A-C。实验验证显示DDX3X通过降低其结合的CREBBPRNA稳定性,进而抑制NOTCH信号,最终导致了神经细胞命运的异常(图5D-J;遗传学或药理学激活NOTCH信号或CREBBP可以改善该类神经细胞命运的异常(图6该项研究明确了DDX3X突变与神经发育障碍的关系,解析了DDX3X突变导致神经发育障碍的潜在细胞学及分子机制,提出了可能的治疗策略。

 
DDX3X缺失突变体脑中存在NOTCH信号失调和CREBBPRNA稳定性降低

 
遗传学NOTCH信号或药理学激活CREBBP分子可以改善神经细胞命运的异常

文章结论与讨论,启发与展望

综上所述,该研究通过临床遗传学、模式生物、组织学、生物化学、生物信息学等多种手段,揭示了DDX3X新发突变在神经发育障碍中的遗传特征,以及DDX3X缺失通过降低其结合的CREBBPRNA稳定性来抑制NOTCH信号,导致兴奋性/抑制性神经元分化失衡,最终致使突变体表现为适应性缺陷和社交障碍。该研究为临床治疗提供潜在干预靶点和策略,同时也提示CREBBP突变病人和DDX3X突变病人可能存在共同的病理机制。不足之处在于,突变体脑中表现出凋亡信号增加,本研究尚未解析异常凋亡在其中的致病作用。此外,仅DDX3X高剂量缺失斑马鱼表现为社交障碍,因此该研究利用DDX3X高剂量缺失的斑马鱼进行研究,并推测可能反映病人中DDX3X突变的显性抑制效应;该假说尚缺乏实验验证。后续进一步解析其中异常凋亡的致病作用和分子机制,实验性确证DDX3X突变的显性抑制效应,并在人类脑中进一步验证该发现,将有利于进一步完善病人的诊疗策略。


原文链接:https:// 10.1073/pnas.2404173121


华中科技大学同济医学院法医学系博士后段伟成为论文的第一作者,华中科技大学同济医学院法医学系熊博教授为本文通讯作者。该研究获得国家自然科学基金创新群体项目、面上项目、青年项目以及华中科技大学创新研究院技术创新基金资助。



转载须知“逻辑神经科学”特邀稿件,且作者授权发布;本内容著作权归作者和“逻辑神经科学”共同所有;欢迎个人转发分享,未经授权禁止转载,违者必究。

     


     
【神经科学前沿技术培训系列】

【光遗传学与遗传编码钙探针和神经递质探针工作原理及应用】【在体成像技术在神经科学研究的基础与应用】(第九期)。时间 待定(周六至周一);地点 南京

【脑片膜片钳记录系统的操作和应用】(第六期)。时间 2024126-8;地点 南通

【神经科学前沿技术整合:当在体电生理邂逅光遗传】(第一期),时间 2024119-11(周六至周一);地点 南京

全国前沿组织透明化与三维成像理论和技能培训班(第二期),时间 待定;地点 武汉

【疾病研究与动物行为学系列】

阿尔兹海默症最新研究进展和热点与动物行为学实验设计思路和数据分析(第二期。时间 待定,地点 线上

“理论知识,操作技能,科研思维”
报名方式:15108204441(电话)Wang_Sizhen(微信)
(点击标题阅读全文)

逻辑神经科学”微信群:文献学习

扫码添加微信,并备注:逻辑-文献-姓名-单位-研究领域-学位/职称
(注:不按要求格式备注,则不通过好友申请)
     
编辑︱王思珍
本文完

逻辑神经科学
以逻辑之学术思维,探索神经科学奥秘;汇百家争鸣,促求真明理。
 最新文章