PRRT2突变相关发作性疾病的发病机制及卡马西平的干预机制

Paroxysmal kinesigenic dyskinesia (PKD) is a movement disorder characterized by episodic involuntary movements following by sudden movement. PKD usually starts during childhood or early adolescence. We previously identified proline-rich transmembrane protein 2 (PRRT2) as a causative gene for PKD (Nature Genettics, 2011), which was soon confirmed by several independent groups. In addition to PKD, PRRT2 mutations were also detected in other paroxysmal disorders, implying a common pathogenesis in these diseases. Recently, we found that low dose of carbamazepine was exclusive effective to PKD cases carrying PRRT2 mutations. However, the pathogenesis of PKD and the potential mechanism of carbamazepine intervention remain largely unknown. Based on our previous study, we will generate lentivirus-infected cells models, iPS cells from PKD patients and their sblings, transgenic mice with neuron-specific expression of PRRT2. We will investigate the spatial-temporal expression of PRRT2 and and identify interacting proteins of PRRT2, and study the effect of PRRT2 mutations on the potential pathogenesis including neurons synapse, neuron excitatory, and ion channels. Our ultimate aim is to elucidate the pathophysiologic mechanism of PRRT2-related disorders and the potential mechanism of carbamazepine intervention, providing theoretical and practical basis for better diagnosis and treatment of these disorders.

发作性运动诱发性运动障碍(PKD)是一种反复发作、运动诱发的运动障碍病，多在儿童及青春期前发病。我们发现富含脯氨酸跨膜蛋白2 (PRRT2)是PKD的致病基因，结果发表在Nature Genetics。该结果被国内外多个研究小组证实，并发现PRRT2突变还可引起其它发作性疾病，提示这些疾病具有共同的病理基础。近期我们发现小剂量卡马西平仅对携带PRRT2突变的PKD患者有特效。问题是PRRT2突变导致疾病的病理机制及卡马西平干预机制迄今不清。本项目拟在前期研究基础上，构建慢病毒感染细胞模型、患者及其同胞的iPS细胞及PRRT2在神经元特异过表达的转基因小鼠，观察PRRT2时空表达和分布并筛选PRRT2互作蛋白，研究PRRT2突变对疾病可能的病理基础如神经元突触和兴奋性及离子通道的影响，阐明PRRT2突变相关发作性疾病的发病机制并探讨卡马西平干预机制，为临床上诊治这类疾病提供理论和实验依据。

发作性运动诱发性运动障碍(PKD)是一种反复发作、运动诱发的运动障碍病。我们前期克隆了PKD的致病基因PRRT2，还发现小剂量卡马西平对携带PRRT2突变的PKD患者有特效。但PRRT2突变导致疾病的病理机制及小剂量卡马西平的干预机制不清。本项目在上述前期研究基础上，构建了慢病毒感染细胞模型、PKD患者的iPS细胞模型及PRRT2转基因小鼠，观察PRRT2蛋白的时空表达和分布，筛选PRRT2互作蛋白，研究PRRT2突变导致疾病发作的病理基础，阐明PRRT2突变相关发作性疾病的发病机制并探讨卡马西平的干预机制。主要结果及关键数据如下:（1）我们制备了系列PRRT2转基因小鼠，利用这些小鼠进行研究，发现PRRT2是一个新的突触蛋白，可影响神经元突触内SNARE蛋白复合体的形成；发现PRRT2功能缺失后，小鼠会出现PKD样发作；发现PRRT2突变后，小脑颗粒细胞的平行纤维与浦肯野细胞之间的突触传递改变，造成浦肯野细胞放电异常，导致了小脑功能紊乱和阵发性运动障碍。（2）构建了PRRT2野生型质粒和突变型质粒，转染细胞，发现PRRT2突变可影响PRRT2蛋白的表达及亚细胞定位。（3）构建了PKD病人尿液细胞来源的iPS细胞模型，诱导分化为谷氨酸能神经元、运动神经元和多巴胺能神经元，并成功将尿液来源的细胞直接转分化为神经元。（4）对121例PKD先证者中进行PRRT2突变筛查，检出了21种PRRT2突变，其中9种为新突变，基因型与表型关系分析提示携带PRRT2突变的PKD患者起病年龄更早、舞蹈样动作和双侧发作更多、发作时间更长、更容易合并癫痫、婴儿惊厥等，而且对卡马西平的反应更好。（5）通过功能性核磁共振（fMRI）探讨PKD患者的大脑超微结构改变，发现PKD患者的左侧大脑半球皮质脊髓束的平均扩散率明显下降，辅助运动前区和额下回岛盖部的灰质容积较正常对照明显减少。多元线性回归分析提示，PKD患者的大脑白质及灰质改变与患者的年龄、PRRT2突变无明显相关性，但与病程显著相关。本研究系统解析了PRRT2在脑内的生理功能及致病机制，为理解发作性运动障碍的发病机理和神经元突触囊泡转运的分子调控机制提供新的认识。