X基因突变介导骨骼肌前体细胞成肌分化障碍导致远端关节弯曲-1型的机制研究

Distal arthrogryposis(DA) is a common congenital hand malformation and is classified into ten types. The disease-causing gene and pathogenesis of DA is largely uncertain. In our previous study, we recruited a rare four-generation Chinese DA-1 family. By using whole-genome exome sequencing, we identified that a novel mutation in X gene was responsible for DA-1. However, the specific mechanism of X gene predisposing to DA is still unknown. A patient with X gene mutation was found to have muscle fiber atrophy in distal extremity. Besides, it has been demonstrated that X gene plays an important role in myogenesis of skeletal-muscle-progenitor cells. We hypothesize that X gene mutation might alter myogenic capacity of skeletal-muscle-progenitor cells. Our pre-experiment showed that CRISP/Cas9-mediated mutation of X gene in mouse recapitulated the characteristic of DA. This project intends to explore the mechanism how variant of X gene predispose to DA by affecting abnormal myogenesis both in vivo and in vitro, and discuss the possible relationship between DA muscular deformities and X gene function. Eventually, the pathogenesis of DA will be further elucidated.

远端关节弯曲（Distal Arthrogryposis，DA）是常见先天性肢体畸形，有十种亚型，其中1型（DA-1）的致病基因及机制不明。我们前期针对一个52人的DA-1型家系，利用全基因组外显子测序，定位出DA新致病基因X，然而X基因如何导致DA关节畸形的具体机制仍未可知。我们发现X基因突变患者肢体远端骨骼肌出现肌纤维萎缩，而文献表明X基因具有调节肌肉前体细胞成肌分化的能力。因此，我们提出X基因突变可能通过影响肌肉前体细胞成肌分化而导致DA-1型发生的科研假设。本项目拟应用CRISP/Cas9技术构建X基因点突变的小鼠模型（F1小鼠出现远端关节弯曲表型），构建X基因过表达/敲低的成肌细胞模型，研究X基因突变如何影响肌肉前体细胞成肌分化导致DA发生的体内外机制，探讨DA肌纤维异常与X基因功能关系，阐明DA新发病机制。

多关节弯曲病是一类先天性有两个或以上的关节发生屈曲挛缩为主要症状的疾病，遗传方式为常染色体显性遗传。该病在在新生儿中的发病率高达1/3000，是运动系统最常见的先天性疾病之一。患者由于腕关节、踝关节等重要关节出现先天性挛缩，关节功能丧失，生活质量受到终身性影响，目前治疗以手术为主，但由于缺乏有效的早期诊断方法，患者就诊时常已失去最佳的手术时机，因此手术效果不佳。准确定位多关节弯曲病的致病基因，明确其致病机制，以期实现疾病的早期精准诊疗，是多关节弯曲病研究中亟待解决的难题。负责人团队在前期研究中收集到一个包含4代共54人的多关节弯曲病大家系，临床数据分析结果显示患者主要生理病理学改变为四肢骨骼肌萎缩。进一步通过全基因组外显子测序，我们准确定位出一个多关节弯曲病的新致病基因-MET p.Y1234C。MET分子是一种酪氨酸激酶受体，进一步研究发现该突变会导致MET分子酪氨酸位点的磷酸化减少，同时导致其激酶活性丧失。为阐明MET突变与骨骼肌发育异常间的关联性，负责人团队通过CRISPR/Cas9技术构建携带相应MET突变（对应Met pY1232C）的动物模型，发现携带突变的转基因纯合子小鼠具有胚胎致死性，无法出生，而杂合子小鼠先天性四肢骨骼肌肌量减少，在动物层面重现疾病表型。为探索其中机制，团队利用体内和体外实验，发现MET点突变会导致骨骼肌前体细胞的迁移减少，以及骨骼肌次级成肌末期，次级成肌细胞增殖减少，进一步验证了该基因与疾病间的关联性，明确MET突变导致骨骼肌发育不良以及多关节弯曲的具体机制，并在此基础上申报获批国家发明专利，可作为多关节弯曲病的产前诊断试剂盒。