【昊文章】《Brain》新文：基于閩南地區(qū)遺傳性痙攣性截癱(HSP)家系測序與功能研究確定HSP的新致病基因

發(fā)稿時間：2019-07-26來源：天昊生物

近日，福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科陳萬金教授和王檸教授團(tuán)隊(duì)最新研究匯報(bào)了常染色體顯性遺傳性痙攣性截癱（HSP）的新亞型及其新致病基因UBAP1，這一成果于6月15日在線發(fā)表于國際神經(jīng)病學(xué)與神經(jīng)科學(xué)權(quán)威雜志《Brain》（IF=10.848）。基于對閩南地區(qū)112個家系樣本的收集和基因測序，研究團(tuán)隊(duì)最終確定了HSP的新致病基因UBAP1，并基于斑馬魚模型，小鼠條件敲除，進(jìn)一步明確了該致病基因的生物學(xué)功能。天昊生物有幸在該項(xiàng)研究中，參與了部分樣本的全外顯子測序和部分?jǐn)?shù)據(jù)分析工作。

中文題目：UBAP1基因無義突變可導(dǎo)致單純性常染色體顯性遺傳性痙攣性截癱(HSP)

英文題目：Stop-gain mutations in UBAP1 cause pure autosomal-dominant spastic paraplegia

研究背景

• 遺傳性痙攣性截癱(HSP)是一組具有高度臨床和遺傳異質(zhì)性的神經(jīng)退行性疾病，又稱家族性痙攣性截癱，發(fā)病率約為2~10/10萬。臨床上常分為單純性HSP和復(fù)雜性HSP這兩種亞型。
• HSP已報(bào)道的致病基因已經(jīng)超過70個，確定了多種遺傳學(xué)亞型，但仍有50%以上患者的致病基因尚未明確。

圖1：HSP顯性家系致病突變的遺傳學(xué)篩查方法

研究結(jié)果

（1）遺傳學(xué)分析，確定4個無關(guān)HSP顯性家系的致病位點(diǎn)均為UBAP1 基因4號外顯子的無義突變

• 共收集了112個HSP家系樣本，首先進(jìn)行HSP 79個候選致病基因編碼區(qū)目的區(qū)域測序篩查。其中74個家系檢測到已知致病基因突變，38個家系未得到解析。
•  按照圖1的遺傳學(xué)篩查過程，篩查未解析HSP家系的致病基因。首先，基于2個顯性HSP家系6個患者和2個對照的WES檢測，提示2個家系均攜帶UBAP1基因的無義突變，并且突變與疾病共分離：c.247_248insGTGAATTC (p.I83Sfs*11) ； c.526G4T (p.E176*)。后續(xù)在38個致病基因不明確的顯性HSP家系中，又發(fā)現(xiàn)2個家系攜帶UBAP1移碼突變： c.324_325delCA (p.H108Qfs*10)；c.425_426delAG (p.K143Sfs*15)。最終，共確定4個未解析家系的發(fā)病原因?yàn)閁BAP1 基因4號外顯子的無義突變(p.I83Sfs*11 in Family 1, p.E176* in Family 2, p.K143Sfs*15 in Family 3, and p.H108Qfs*10 in Family 4)。

圖2：4個HSP顯性家系的4個UBAP1 基因無義突變（#標(biāo)注為進(jìn)行WES檢測的患者）

（2）UBAP1 基因突變HSP患者的臨床特征

• 4個家系，共計(jì)13個攜帶UBAP1 基因無義突變的患者，患者均為單純性HSP，表現(xiàn)為常染色體顯性遺傳模式，但是存在一定的不完全外顯（家系3，圖2C）。臨床上和SPG4 或者SPG3A這2種HSP亞型表型一致。

（3）ubap1敲減斑馬魚模型，表現(xiàn)出明顯的體型異常、胚胎發(fā)育異常、運(yùn)動神經(jīng)元生長受限、運(yùn)動能力減弱以及壽命縮短。

圖3：ubap1敲減斑馬魚模型，表現(xiàn)出明顯的體型異常和胚胎發(fā)育異常（ABCD）、運(yùn)動神經(jīng)元生長受限(E)、運(yùn)動能力減弱(FG)以及壽命縮短(H)

（4）截?cái)嘈?/span>UBAP1蛋白導(dǎo)致內(nèi)體泛素化過程受損

ESCRT是一種能夠識別并分揀泛素化蛋白質(zhì)貨物的蛋白復(fù)合體, ESCRT-I為其中一個亞復(fù)合體。而UBAP1編碼的蛋白即為ESCRT-I的一個亞基,參與泛化物結(jié)合和內(nèi)體分揀過程。但是基于突變型蛋白CO-IP研究發(fā)現(xiàn)，截?cái)嘈?/span>UBAP1蛋白并未影響UBAP1與ESCRT-I其它亞基的結(jié)合。進(jìn)一步在Hela細(xì)胞系中的研究發(fā)現(xiàn)，截?cái)嘈?/span>UBAP1蛋白實(shí)際上破壞了細(xì)胞內(nèi)早期內(nèi)體處理和/或分揀泛素化蛋白質(zhì)的過程。

圖4：截?cái)嘈?/span>UBAP1蛋白并未影響UBAP1與ESCRT-I其它亞基的結(jié)合（ABCD）,但破壞了細(xì)胞內(nèi)早期內(nèi)體處理和/或分揀泛素化蛋白質(zhì)的過程（EFGH）。

（5）構(gòu)建Ubap1^flox/flox小鼠，對小鼠原代皮層神經(jīng)元進(jìn)行Ubap1條件敲除，損傷神經(jīng)元胞體及軸突出現(xiàn)明顯增大的內(nèi)體以及異常蓄積的泛素化蛋白，最終加速了皮層神經(jīng)元的凋亡。而體外在敲降小鼠皮層神經(jīng)元中過表達(dá)人源正常UBAP1蛋白，則可以逆轉(zhuǎn)部分內(nèi)體相關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)障礙表型。

圖5：小鼠原代皮層神經(jīng)元進(jìn)行Ubap1條件敲除，損傷神經(jīng)元胞體及軸突出現(xiàn)明顯增大的內(nèi)體以及異常蓄積的泛素化蛋白（EFGHI），最終加速了皮層神經(jīng)元的凋亡（JK）。

研究結(jié)論與意義

• 本研究確定了HSP的最新致病基因UBAP1，為該疾病的基因診斷奠定了新的基礎(chǔ)；
• UBAP1基因編碼蛋白異?？蓪?dǎo)致早期內(nèi)體處理和泛化蛋白分選障礙。
•  Ubap1條件敲除加速神經(jīng)元凋亡和神經(jīng)退行，為多種神經(jīng)退行性疾病發(fā)病機(jī)制提供了新的線索。