IQSEC2基因突变导致癫痫伴智力障碍/发育迟缓的致病机制研究

Iqsec2 is an important component of postsynaptic density at excitatory synapses, and is critical for synaptic maturation, trafficking and neural excitability. In our previous study, we found three novel IQSEC2 gene mutations in patients with epilepsy and intellectual/developmental disabilities. Functional study showed that premature protein was not able to co-localize with PSD95 in synapses; mRNA levels of IQSEC2 were down-regulated with statistical significance after activation of NMDAR. We preliminarily explained the pathogenic mechanism of IQSEC2 truncating mutation and the relation between neural excitability and IQSEC2 gene. In order to further reveal the pathogenic mechanism of IQSEC2 gene mutations, we intend to explore the influence of IQSEC2 mutations on the aggregation of Iqsec2 itself, interaction with CaM, trafficking of AMPA receptor and relationship with neural excitability. We hope to preliminarily reveal the pathogenic mechanism of IQSEC2 mutations.

IQSEC2基因编码的蛋白Iqsec2是兴奋性神经元突触后致密斑的重要组成部分，在调控树突发育、膜质转运和神经元兴奋性等方面起重要作用。我们前期在癫痫伴智力障碍/发育迟缓患者中发现3种IQSEC2基因新突变，功能实验证明了截短突变通过影响Iqsec2与PSD95的共定位而致病，并观察到NMDA受体异常激活后，IQSEC2的mRNA表达水平明显下调，初步探讨了IQSEC2基因突变对编码蛋白的功能影响以及IQSEC2基因与神经元兴奋性的关系。为进一步揭示IQSEC2基因突变的致病机制，拟将IQSEC2突变体和野生型质粒转染HEK293细胞，应用免疫共沉淀方法探讨突变对Iqsec2自身聚合能力和与CaM结合能力的影响；应用蛋白质免疫印迹和免疫荧光方法探讨突变对AMPA受体脂膜转运的影响；应用膜片钳方法探讨突变对细胞的电生理特性的影响，以期初步揭示IQSEC2基因突变的致病机制。

研究背景：IQSEC2基因编码的Iqsec2是兴奋性神经元突触后致密斑的重要组成部分，在调控树突发育、膜质转运和神经元兴奋性等方面起重要作用。我们前期在癫痫伴智力障碍/发育迟缓患者中发现3种IQSEC2基因新突变（Ile30del、Ala350Asp和Ser949CysfsTer7），分别累及Iqsec2三个重要的结构域。本研究旨在初步探讨三种突变对Iqsec2蛋白功能的影响以及对细胞兴奋性的影响。研究方法：将IQSEC2基因野生型和突变体质粒转染原代培养的小鼠大脑皮层神经元，利用免疫荧光方法检测Iqsec2野生型和突变体与PSD95的共定位情况；用无Mg2+和含30mM KCl的培养基处理原代培养的小鼠大脑皮层神经元，不同时间点收取样本检测IQSEC2 mRNA水平；将IQSEC2基因突变体和野生型质粒转染HEK293细胞，应用免疫共沉淀方法探讨突变对Iqsec2自身聚合能力和与CaM结合能力的影响；应用免疫荧光方法探讨突变对AMPA受体的影响；应用膜片钳方法探讨突变对细胞的电生理特性的影响。研究结果：Ser949CysfsTer7影响了Iqsec2与PSD95的共定位，截短的蛋白在胞体内聚集，少量分布于树突内，而野生型、Ile30del和Ala350Asp与PSD95在树突上形成点状的共定位，为树突棘即突触形成的部位。神经元IQSEC2 mRNA水平随着无Mg2+和含30mM KCl培养基处理时间的延长而下降，无Mg2+培养基处理的神经元比30mM KCl培养基处理的神经元mRNA水平出现明显下降的时间更早。突变体对Iqsec2自身聚合能力、与CaM结合能力、对AMPA受体的影响以及电生理实验在继续研究中。研究意义：本研究结果显示Ser949CysfsTer7突变导致Iqsec2缺失了PH和PDZ结构域而不能定位于兴奋性神经元的PSD。Iqsec2参与的突触后信号转导通路可能完全中断，该信号转导通路主要使AMPAR由突触后膜向胞质内转运，很可能是突触可塑性中长时程抑制的机制之一，该通路的完全中断很可能严重影响神经发育并导致神经元的兴奋性增高。当神经元细胞的NMDAR被异常激活后，NMDAR介导的突触后反应异常增强，细胞可能启动了保护机制，使IQSEC2表达下调。当神经元整体兴奋性增高时，Iqsec2参与的信号转导通路可能被抑制，使IQSEC2表达下调。