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脊髓小脑共济失调19型KCND3基因突变分析及致病机制研究

脊髓小脑共济失调19型KCND3基因突变分析及致病机制研究

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作者：刘分郑州大学

学位级别：硕士

背景遗传性脊髓小脑共济失调(spinocerebellar ataxia,SCAs)是一组常染色体显性遗传性神经退行性疾病,患者在各个年龄阶段均可发病,病变主要累及小脑、脑干和脊髓。临床表现复杂多样,其特征是缓慢进展的小脑共济失调。目前发现有30余种... 详细信息

背景遗传性脊髓小脑共济失调(spinocerebellar ataxia,SCAs)是一组常染色体显性遗传性神经退行性疾病,患者在各个年龄阶段均可发病,病变主要累及小脑、脑干和脊髓。临床表现复杂多样,其特征是缓慢进展的小脑共济失调。目前发现有30余种SCA亚型,国内常见亚型有SCA1-3、SCA6-7、SCA12、SCA17等。前期工作中,我们建立了共济失调临床数据库,在排除了上述国内SCA常见亚型以及齿状核红核苍白球路易体萎缩症(dentatorubral-pallidoluysian atrophy,DRPLA)的基础上。对115例共济失调家系病例和67例散发性共济失调病例,我们进一步行KCND3基因突变的筛查及对筛查到突变位点进行致病机制研究。目的筛查KCND3基因突变及应用患者特异IPS来源神经元模型探讨KCND3基因突变导致脊髓小脑共济失调19的致病机制研究。方法1、聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction,PCR)结合Sanger测序技术对182例诊断为共济失调的患者(家系115例,散发67例)和200例性别比例和年龄相仿的健康志愿者行KCND3基因突变筛查,并对筛查到的突变位点行致病性预测分析。2、运用体细胞重编程技术构建患者和健康志愿者体细胞来源的诱导多能干细胞(induce pluripotent stem cell,iPS),并将其分化为神经前体细胞、神经元。3、提取健康志愿者和SCA19患者第30天神经元RNA进行转录组测序,运用OmicShare tools分析差异表达基因及运用DAVID在线分析软件对差异基因进行基因功能注释和生物信息学富集分析,同时应用RT-PCR、Western blot对健康志愿者和SCA19患者神经元转录组中差异表达基因的mRNA及相关蛋白进行验证。结果1、PCR结合Sanger测序技术,在纳入对象中筛查出1例KCND3基因第3个外显子第1130位碱基胞嘧啶(C)变成了胸腺嘧啶(T),即:c.1130C>T,结果导致这个基因编码的蛋白第377位氨基酸由极性苏氨酸变成了非极性蛋氨酸,即:p.T377M,经生物信息分析,该单核苷酸多态性(Single-nucleotide polymorphisms,SNP)位点有相对较强的致病性。2、成功构建健康志愿者和患者体细胞来源的诱导多能干细胞系,并成功将其分化为神经前体细胞、神经元。3、在SCA19患者和健康志愿者的神经元转录组中共鉴定出1.5万个基因,其中有1958个基因在健康志愿者和SCA19患者来源神经元中表达差异有统计学意义(P19患者来源神经元中表达无差异。GO富集分析示差异基因主要与分子功能(Molecular Function,MF)、生物过程(Biological Process,BP)和细胞组成(Cellular Component,CC)相关。KEGG通路分析结果示差异基因明显富集于粘附斑激酶(focal adhesion Kinase)信号通路和内质网蛋白质加工(protein processing in endoplasmic reticulum)信号通路。另外在差异表达基因中发现基于内质网应激的PERK-ATF4-CHOP信号通路相关指标ATF4、CHOP的mRNA表达量增加,进一步的RT-PCR、Western blot的检测结果显示ATF4、CHOP的mRNA及蛋白表达量均增加,这与转录组测序数据一致。讨论1、首次在中国汉族人群中发现KCND3基因第3个外显子第1130处发生c.1130C>T错义突变,该SNP位点有相对较强的致病性。2、KCND3基因c.1130C>T错义突变可导致患者仅出现轻微的纯小脑共济失调和头部震颤,扩展了KCND3基因错义突变所导致SCA19的临床新表型。3、成功在体外构建患者和健康志愿者来源神经元,为体外研究SCA19发病机制提供了良好的细胞疾病模型。4、转录组测序结果示KCND3基因在健康志愿者和SCA19患者来源神经元中表达无差异,RT-PCR检测KCND3基因mRNA在健康志愿者和SCA19患者中表达也无差异,而Western blot结果却显示与正常相比Kv4.3突变型蛋白表达量减少,这可能是KCND3错义突变引起Kv4.3突变型蛋白的错误折叠,从而通过泛素化降解,可能是导致Kv4.3突变型蛋白表达量减少的原因。另外,我们在差异表达基因中发现基于内质网应激的PERK-ATF4-CHOP信号通路中相关指标ATF4、CHOP的mRNA表达量增加,进一步的RT-PCR、Western blot的检测结果示ATF4、CHOP的mRNA及蛋白表达量均增加,这与转录组测序数据一致,因此分析KCND3基因c.1130C>T错义突变可能导致自身蛋白折叠错误滞留在内质网,从而

关键词： KCND3基因遗传性脊髓小脑共济失调19 神经元转录组测序

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