孤独症相关的CHD8新发突变调控神经元突起生长发育的作用和机制

Autism is a neuronal growth and development disorder characterized by impaired social interaction and verbal/non-verbal communication, repetitive and stereotyped behavior. As the most common neural genetic disorder in children, there is still no drug specific for autism. The latest breakthrough of autism study is the discovery of de novo mutations of single gene. Among those mutated genes, chromodomain-helicase-DNA-binding protein 8 (CHD8) is likely one of the most important autism-causing candidates due to its specificity and highest mutation frequency in autism patients. Overexpression of the short CHD8 (similar to CHD8 nonsense mutation) suppressed neurite outgrowth and down-regulated the expression of neuroglobin and p-Akt in N2a cells, suggesting that CHD8 mutation controls neurite growth and development of neurons via neuroglobin-Akt signaling pathway. The purpose of this study is to: 1) investigate the role of CHD8 mutations in neurite outgrowth/development of neurons and its underlying mechanisms; 2) study the relationships of CHD8 mutations with autism-characterized social behaviors in rats and zebrafishes. Our results will provide strong laboratory evidences supporting for the role of CHD8 mutation as a autism-causing gene. Also, our results may provide potential therapeutic targets for drug development of autism.

孤独症是儿童最常见的中枢神经系统发育紊乱性疾病，其病理生理基础是神经元生长发育的异常，临床表现为社会交往/交流障碍、兴趣狭窄及刻板重复行为，尚无特效治疗药物。最新的一个突破性进展是发现了许多与孤独症相关的单基因新发突变(de novo mutation，即生殖细胞基因突变)。其中，染色体结构域解旋酶DNA结合蛋白8 (CHD8)突变仅在孤独症患者出现，且突变频率最高，是一个重要的孤独症候选致病基因。过表达短片段CHD8 (类似CHD8无义突变)明显阻碍N2a细胞突起生长、同时下调脑红蛋白和p-Akt表达，提示CHD8突变通过脑红蛋白-Akt调控神经元突起生长发育。本项目拟深入研究CHD8突变在神经元突起生长发育过程中的作用及其机制，同时在大鼠和斑马鱼中确定CHD8突变与孤独症特征行为的相关性。结果将为确认CHD8突变是孤独症的病因提供实验证据，同时为孤独症药物治疗提供理论基础或药靶。

孤独症是儿童最常见的中枢神经系统发育紊乱性疾病，其病理生理基础是神经元生长发育的异常，临床表现为社会交往/交流障碍、兴趣狭窄及刻板重复行为，尚无特效治疗药物。最新的一个突破性进展是发现了许多与孤独症相关的单基因新发突变(de novo mutation，即生殖细胞基因突变)。其中，染色体结构域解旋酶DNA结合蛋白8 (CHD8)突变仅在孤独症患者出现，且突变频率最高，是一个重要的孤独症候选致病基因。.本项目主要在原代培养的大脑皮层神经元研究CHD8及其主要突变体对神经元轴突生长和突触发育的作用和机制。过表达CHD8及其主要突变体主要影响神经元轴突生长，其中较短突变体(如CHD8S、CHD81-747)明显抑制轴突生长，同时下调重要突触蛋白如NR1、PSD93的表达。敲降内源性CHD8明显抑制神经元轴突生长、突触发育。CHD8与脑红蛋白、PTEN、Akt结合，敲降CHD8显著下调脑红蛋白表达，并抑制PI3K/Akt通路。脑红蛋白过表达可部分逆转CHD8敲降对神经元轴突生长和发育的抑制作用。药物抑制PI3K/Akt通路部分阻断CHD8促神经轴突生长和发育的作用。低氧条件下，过表达Akt可部分逆转CHD8S对神经轴突生长和发育的作用。过表达脑红蛋白显著促进缺氧、缺血后神经元轴突生长。胚胎过表达CHD8S使小鼠出生后海马神经元数目明显减少，同时脑红蛋白、p-Akt、NR1等蛋白表达下降。大脑皮层神经元CHD8S敲降的小鼠在二室、三室社交行为中表现出明显抑制。.本项目研究结果证实内源性CHD8及其重要突变体对神经元生长和发育有重要影响，同时影响大脑发育和出生后社交行为。这些结果为认识CHD8突变与孤独症的临床关系提供了科学基础。同时，我们证实CHD8可通过结合脑红蛋白，感受缺氧等应激信号，影响神经元生长发育，进而影响孤独症的病理生理过程。