孤独症相关基因MECP2调控神经元可变剪接的表观遗传学机制研究

Autism is a range of complex neurodevelopmental disorders which seriously affect children health, and the pathogenesis remains elusive without any effective treatments. It has been reported that MECP2 duplication or mutations led to autism. We found that Mecp2 depletion in cultured cortical neurons resulted in massive deregulated alternative splicing events mainly enriched in synaptic genes. Furthermore, specific epigenetic signatures such as DNA hydroxymethylation were detected in deregulated exons. So we proposed that MeCP2 might regulate neural development and functions via alternative splicing regulation at epigenetic level. To investigate the molecular mechanisms underlying MeCP2-mediated alternative splicing, bioinformatics, mass spectrometric, molecular cell biological and electrophysiological techniques would be employed in this project and the impact of MeCP2-mediated alternative splicing on neural development and functions will also be demonstrated. Taken together, this study will expand our knowledge about MeCP2 functions, deepen our understanding about the pathogenesis of autism and provide fundamental evidence for autism intervention and treatment.

孤独症是一类严重影响儿童身心健康的发育性神经系统疾病，其发病机制不明确，且无有效治疗方法。近年遗传学的研究发现MECP2基因的倍增与突变可导致孤独症。我们在前期工作中发现敲除Mecp2基因会导致神经元中大量突触功能相关基因的可变剪接发生异常，且发生异常可变剪接的外显子区域有独特的表观遗传特征如羟甲基化修饰等。因此提出假说，MeCP2可在表观遗传水平调控基因的可变剪接而影响神经元的发育及功能。为深入探究MeCP2调控可变剪接的分子机制，我们拟通过生物信息学，蛋白质谱分析与分子细胞生物学等方法深入了解MeCP2调控可变剪接的分子机制，以及MeCP2调控的可变剪接异常对神经元发育和功能的影响。本研究将拓展我们对MeCP2功能的认识，加深我们对孤独症发病机制的了解，期待为孤独症治疗与干预提供新的科学依据。

（1）.孤独症是一类严重影响儿童身心健康的发育性神经系统疾病，其发病机制不明确，且无有效治疗方法。近年遗传学的研究发现MECP2基因的倍增与突变可导致孤独症，其中MeCP2调控的RNA剪接异常或是其中的重要机制之一。我们对MeCP2调控RNA剪接的机制给出了系统性的分析，有机的将表观遗传修饰-MeCP2-剪接调控因子-RNA剪接串联在了一起，加深了我们对MeCP2功能的认识，该研究对未来MeCP2相关的神经发育性疾病治疗有重要的指导意义。..（2）.lncRNA在机体的发育及疾病的发生等多种生理病理性进程中有重要作用，通过CRISPR-Cas9介导的定点插入，我们实现了对lncRNA的标记和表达调控，这对探索lncRNA的功能和机制有重要帮助。..（3）.CRISPR-Cas9介导的同源重组修复是实现精准基因编辑的重要途径之一，也是基因治疗的重要手段。我们通过定点富集促同源重组因子RecA，有效的改善了CRISPR-Cas9介导的同源重组修复效率，并在与中国科学技术大学薛天教授实验室的合作中证实，该策略在Pde6b基因突变导致的失明小鼠模型中取得了良好的治疗效果。本研究有较强的临床转化意义。..（4）.碱基脱氨酶与Cas9融合而得的单碱基编辑系统可实现C-T碱基转换或A-G碱基转换，该系统的出现让高效简洁的精准编辑成为可能。单碱基编辑系统的核心问题是活性窗口和安全性，活性窗口越多样化，安全性越高，工具的应用潜力越大。其中脱氨酶作为实现碱基转换的核心组分，是优化单碱基编辑系统的关键点，目前依然缺乏较系统的研究。我们通过筛选七鳃鳗中的胞苷脱氨基酶，对CBE系统进行优化，最终构建出一系列的胞嘧啶碱基编辑器（CBEs），有效的拓展了现有CBE系统的活性窗口，并改善了其特异性和安全性。