NMDA受体GluN2A亚基突变导致智力障碍的机制研究

Intellectual disability (ID) is a common childhood-onset neurodevelopmental disease. It is characterized by significantly impaired intellectual and adaptive functioning. Severe ID is mainly caused by genetic defects. Studying the mechanisms, by which various chromosomal anomalism or gene mutations cause ID, would be contributed to exploit definitive therapies. GluN2A subunit of NMDA receptor, which participates in synaptic plasticity, is a confirmed ID-relative protein. We discovered a novel GluN2A K879R mutation in a portion of ID patients. This mutation locates at a highly conserved lysine triplet (879-881KKK) of GluN2A carboxyl terminal domain (CTD), which might relate to endoplasmic reticulum retention of NMDA receptor. In order to understand the pathogenesis of GluN2A K879R mutation, we plan to make GluN2A K879R knock-in mouse. We would like to use molecular biological, biochemical and electrophysiological technologies, combining with behavior analysis, to study the molecular mechanism, by which the mutation-relative intellectual disability is induced.

智力障碍是一种常见的开始于儿童时期的神经系统发育疾病，主要表现为智力低下和适应功能受损。重度智力障碍主要由遗传学因素导致，因此对染色体异常或基因突变导致智力障碍的机制进行深入研究，有利于为针对性预防和治疗提供指导。NMDA受体GluN2A亚基参与突触可塑性调控，是目前已经确定的与智力障碍直接相关的蛋白之一。申请人在部分患有重度智力障碍的病人基因组中发现了新型GluN2A突变K879R。该突变位点位于受体羧基末端结构域（CTD）中一个高度保守的赖氨酸三联体（879-881KKK）中，可能与NMDA受体内质网滞留相关。为了理解该突变的致病机理，申请人拟制作GluN2A K879R基因敲入小鼠，综合利用分子生物学、生物化学和神经电生理技术，结合小鼠行为学分析手段，深入研究此新型突变导致智力障碍的分子机制。

NMDA型谷氨酸受体（NMDAR）在突触传递和可塑性中起重要作用，其功能失调会导致认知障碍。本研究基于团队前期从一例严重智力障碍患儿中鉴定出的NMDAR GluN2A亚基K879R突变，利用突变敲入小鼠模型结合行为学、生化和电生理等实验技术，阐明了该突变的致病机制。我们发现了一个全新的GluN2A内质网驻留信号，位于该蛋白第879到881位三联赖氨酸基序；K879R突变破坏了该信号基序并增强了GluN2A受体在细胞表面的表达量。在野生型小鼠海马CA1锥体神经元中过表达GluN2A K879R突变体可以增强GluN2A-NMDAR介导的兴奋性突触后电流，但同时却抑制了GluN2B-NMDAR和AMPA受体介导的电流。GluN2A K879R突变敲入小鼠的CA1锥体神经元表现出了类似的突触传递缺陷。此外突变小鼠的学习和记忆能力受损，相关的突触可塑性也出现严重缺陷。我们的研究揭示了K879R导致的GluN2A-NMDAR功能异常增强会损害长时程的突触可塑性和认知功能，最终引发智力障碍表型。我们基本实现了本项目的研究目标；在项目支持下产出了5篇质量较高的学术论文，同时对临床治疗产生了一定的指导意义。