携带者队列和iPS细胞系研究16p11.2微缺失的精神发育表型异质性

As a recurrent CNV, 16p11.2 microdeletion is recognized as improtant pathogenic risk for children's neuro-developmental disorders. The observation of high heterogeneity of neuro-developmental phenotypes in 16p11.2 microdeletion implied other modifier genes co-exist. But the potential genetic mechanism is unknown yet. Previous study and our preliminary result suggested that either the genomic/genic variant ourside 16p11.2 region, or the the founder hemizygous genic variant (such as KCTD13 haplotype) inside 16p11.2 region could contribute to the phenotypic heterogeneity of 16p11.2 microdeletion. Above hypothesis needs a 16p11.2 carrier cohort to validate. In this project, we will recruit carriers and perform whole 16p11.2 target sequencing, whole genome sequencing and RNA-Seq on neural progenitor cells (NPc) for these 16p11.2 carriers according their categories (sporadic or familiar, case or control), to distinguish the modifier genes of neuo-developmental phenotype using the systemic genetics analysis. The function experiment will designed in the in vitro transient expression cells and the 16p11.2 NPc which is differentiated from the carriers' induced pluripotent stem cells, to confirm the morphological and developmental character of NPc due to 16p11.2 deletion and particular modifier genotype. The aim of our project is to illuminate the genetic and neurophysical basis of 16p11.2 deletion involved in neuro-developmental disorders.

16p11.2微缺失是一种再发性、致儿童精神发育异常的基因组微失衡。携带者具有高度精神发育表型异质性，原因不明。国外和我们前期的研究提示16p11.2区域外的精神发育相关基因变异、16p11.2区域内精神发育相关基因的半合子型（比如KCTD13基因单体型）可能是16p11.2微缺失的表型修饰基因，但以上研究需要更多16p11.2微缺失携带者进行验证。本项目建立16p11.2微缺失携带者队列，根据详尽精神发育问卷进行分组评分，根据携带者类型（家族性和散发，患者和对照）开展全基因组测序、神经干细胞系的RNA-Seq、16p11.2区域重测序，系统遗传学方法寻找参与携带者精神发育的修饰基因型，然后在体外瞬时表达系统，携带者iPS细胞分化形成的神经干细胞中开展功能研究，验证16p11.2微缺失联合某修饰基因型对神经干细胞形态和发育的作用，明确16p11.2微缺失致病的的遗传、神经生理基础。

16p11.2微缺失是一种再发性、致儿童精神发育异常的基因组微失衡。携带者具有高度精神发育表型异质性，原因不明。.本项目通过比对中西方发育障碍队列中16p11.2微缺失的发生频率和表型差异，确定16p11.2微缺失发生频率无差异 (0.35% vs. 0.347%)，但癫痫表型存在显著差异（8% vs. 67%, adjusted p<0.05）； 建立了国内首个16p11.2微缺失队列（32个家系的57个携带者），完成16p11.2区域深度测序 (31个基因，目标区域长244.393kb,平均测序深度为224.28-1216.3x)，为后期探索该区域的中西方单体型和癫痫的关系做好准备；对4个16p11.2微缺失患者的儿童-青春期的发育轨迹进行描述，确定神经发育评估年龄对16p11.2微缺失表型外显率的影响，证实今后需要对16p11.2微缺失开展儿童期到青春期的追踪研究了解其真正外显率，为准确开展遗传咨询提供依据；.利用家系内存在表型差异的16p11.2微缺失家系（孤独症&非孤独症、智力低下&精神分裂症）建立iPS细胞系; 之后对这些携带者iPS开展定向皮层细胞分化，然后利用多种技术（全外显子组测序、皮层细胞RNA测序、神经多孔微电极阵列、突触分子定位和表达、细胞凋亡），结合16p11.2区域差异性位点信息、神经心理发育轨迹，寻找神经发育障碍的重要核心基因和修饰基因，此为本研究重要内容。.首先发16p11.2微缺失导致神经皮层细胞在Ras/MARK通路、神经元突触通路出现异常，神经前体细胞在分化早期即出现凋亡，且神经元电生理活性高于非携带者，这些证实16p11.2微缺失发生神经发育障碍的生理基础。之后通过比较差异通路基因和16p11.2区域内基因，我们着重在区域内PRRT2基因、MARK3基因和以上生理变化的关系，并开展相关营救实验，发现过表达该基因可以是以上通路逆转，证明PRRT2和MARK3是16p11.2导致神经发育障碍的主效基因。最后针对2个家系内所有16p11.2微缺失携带者，特别是NDD患者和非患者之间，我们看到这两个基因的基因型和RNA表达水平存在一致的调控关系（即其纯和SNP调控其下降，尚不能公布），特别是既往ENCODE，GTEx数据库内提示调控作用的增强子、启动子区域的单体型具有明显调控作用，我们的研究提示剩余单体型对神经发育表型的修饰作用。