一个X-连锁隐性遗传共济失调新致病基因的克隆及相关发病机制研究

Hereditary ataxia (HA) is a group of clinical and genetic heterogeneous neurodegenerative disorders with high mortality and disability. To date, different genetic patterns have been discovered, such as autosomal inheritance,X-linked inheritance, mitochondrial inheritance, including approximately 100 HA subtypes. Still, there are many unassigned HA pedigrees, which provide possibility for identification of novel causative genes. In our previous work, linkange analysis/exome sequencing/CNVs analysis (LEC)strategy has been applied to identify three causative genes for neurogenetic diseases. In this study, we will use the LEC strategy to clone a novel causative gene for X-linked recessive ataxia. We will continue to collect more related HA pedigrees and sporadic cases with ataxia, in which mutation detection of a candidate causal gene(M gene) will be performed. We will construct plasmids which express wild type and mutant type M protein respectively to detect the redox properties and DNA binding ability with M protein,and analyze differences of both OXPHOS activities and caspase-independent apoptosis in skeletal muscle tissues and skin fibroblasts between both normal controls and patients.In addition,we will further verify these results through knock out mouse model of M gene. This study will be beneficial for expanding spectrum of M-related neurological Mendelian diseases, as well as providing clues to explore the pathogenesis of X-linked recessive ataxia.

遗传性共济失调（HA）是一大类具有高度临床和遗传异质性的、致死和致残率高的神经退行性疾病。迄今已发现常染色体遗传、X-连锁遗传、线粒体遗传等遗传模式，近百种HA亚型，但仍存在许多未分型的HA家系，为新致病基因的克隆提供了可能。在前期工作中，我们应用连锁分析/全基因外显子组测序/全基因组拷贝数变异分析（LEC）策略，克隆了3个神经遗传病的致病基因。本研究拟应用LEC策略克隆一个X-连锁隐性遗传共济失调的新致病基因；继续收集相关HA家系及散发病例以进行候选致病基因M的突变检测；构建表达野生型和突变型M的质粒检测M蛋白的氧化还原反应及其与DNA的结合能力；分析正常人和患者骨骼肌及皮肤成纤维细胞的氧化磷酸化活性、凋亡程度差异等，并在M基因knock out小鼠模型中进一步验证。该研究有助于扩大M基因相关的神经系统孟德尔病疾病谱，为阐明M基因在X-连锁隐性遗传共济失调发病机制中的作用提供重要线索。

遗传性共济失调（hereditary ataxia, HA）是一组临床和遗传异质性很高的神经退行性遗传病。新致病基因或新亚型的发现不仅有利于解决患者的基因诊断及遗传咨询问题，而且有利于进一步理解 HA的发病机制，为其治疗寻找可能的药物靶点。本项目拟通过分析一个X-连锁隐性遗传共济失调家系的致病基因，完善疾病谱的筛查；构建AIFM11基因c.1213G>A突变的小鼠模型，并进行氧化磷酸化功能、氧化还原能力、DNA结合能力、凋亡等指标的检测，从功能水平探讨其发病机制。.本项目发现了一个X-连锁隐性共济失调家系的致病突变：AIFM1基因的c.1213G>A突变引起，功能研究提示，该家系患者线粒体的形态和呼吸链功能正常，但凋亡能力显著增强，属于氧化磷酸化非依赖性亚型，提示为AIFM1相关共济失调的新亚型。AIFM1基因筛查发现了c.451C>T的de novo变异，功能研究提示不影响线粒体氧化磷酸化活性，也不影响AIF蛋白的凋亡能力，良性SNP可能性大。并成功构建了AIFM1基因c.1213G>A突变的小鼠模型，发现突变型小鼠小脑组织的mRNA表达无变化、AIF蛋白的表达降低；突变型小鼠共济失调表型出现时间晚、症状较轻；突变型小鼠小脑浦肯野细胞层厚度无明显变化，calbindin 28K蛋白表达较野生型小鼠降低；突变型小鼠小脑细胞凋亡比例较增多、可见AIF核转位；突变型与野生型小鼠小脑差异性表达的mRNA主要涉及NOD样受体信号通路、差异性表达的蛋白主要涉及钙离子信号传导通路；核蛋白中AIF、PARP1表达上调；AIFM1基因c.1213G>A突变型小鼠小脑颗粒细胞增殖活性降低、caspase非依赖性细胞凋亡增加颗粒细胞、线粒体无碎片化。.本项目鉴定了一个X-连锁隐性共济失调的新亚型，由AIFM1基因突变引起，属于氧化磷酸化非依赖性亚型。AIFM1相关共济失调在中国遗传性共济失调中罕见，可以不作为优先筛查的亚型。首次成功构建了AIFM1基因c.1213G>A突变的小鼠模型；突变型小鼠共济失调的症状出现较晚、程度轻、进展慢；AIFM1基因c.1213G>A突变影响小鼠模型AIF表达，不影响AIFM1基因的mRNA的表达；突变可以促进细胞凋亡的发生；过程涉及到AKT2的表达降低、PARP1激活和AIF核转位的caspase非依赖性凋亡。