遗传性共济失调致病基因定位、克隆及功能研究

Hereditary ataxias (HA) are a group of neurodegenerative disorders that are characterized by complex clinically and genetic heterogeneity. On the prophase works, we have collected clinical data and DNA samples from hundreds of families of HA diseases. We also established the platform of gene diagnosis and identified a novel autosomal recessive cerebellar ataxia candidate gene (WX) in a two-generation Consanguineous ARCA family through exome sequencing, homozygosity mapping and copy number variation (CNV) analysis, bio information and genetic analysis. WX is highly expressed in the central nervous system and may participate in the replication, transcription and repair of DNA. In this project, based on our previous large collection of HA resources and successful experience in causative cloning, we are planning to locate and clone HA causative gene by using advanced technologies and strategies such as SNP linkage analysis, exome sequencing, homozygosity mapping and copy number variation analysis. In addition, cell model, Knock in/Knock out mice model carrying the novel candidate gene of HA, such as WX, will be generated. This work may help us to understand the physiological function of WX and provide new clues of pathogenesis of HA.

遗传性共济失调( Hereditary ataxia, HA)是一组具有高度的临床和遗传异质性的神经系 统遗传病与退行性疾病,前期工作中,我们在国内较早地开展了对HA家系的收集和DNA样本的 采集,建立了标准的基因诊断平台,并运用全基因外显子组测序、纯合子定位、生物信息学分 析及遗传学分析的方法遴选到一个近亲结婚的常染色体隐性遗传共济失调家系候选新致病基因 (暂命名:WX)。WX基因在中枢神经系统中高表达,与DNA复制、转录及修复有关。本项目, 在前期工作基础上，拟采用单核苷酸多态连锁分析、全基因外显子组测序、全基因组拷贝数变异和纯合子定位等先进技术和策略定位、克隆遗传性共济失调新的致病基因;并运用分子生物 学、分子遗传学等技术方法,构建新的HA候选致病基因如WX基因细胞模型、基因工程小鼠模型，研究遗传性共济失调致病基因的分子发病机制。

本课题已经完成遗传性共济失调(HA)和痉挛性截瘫(HSP)已知致病基因的致病突变筛查，发现SCA8在国内遗传性共济失调的比例中占了较大的比例，首次发现了SPG76基因突变，发现SCA31、SCA37、SCA34、40、41、42亚型在国内比较罕见，更新了国内HA和HSP的遗传突变谱，为临床工作的基因诊断流程优化提供理论支持。本课题也完成遗传性共济失调和痉挛性截瘫新的致病基因的定位与克隆。在一个常染色体显性遗传和线粒体遗传均有可能的HA/HSP大家系的致病基因定位与克隆中，通过之前提出的“LEC”策略未找到候选致病基因及突变后，结合最新的技测序技术——长读长测序以及线粒体全长测序，致病基因与突变定位到线粒体基因组突，并通过从DNA、RNA和蛋白质水平分析方面分析突变可能的致病机制，发现该线粒体基因组tRNA基因上的突变可能影响了该tRNA的转运氨基酸的能力，进而影响线粒体内的蛋白质翻译过程，导致线粒体基因组编码的蛋白质水平降低，影响线粒体功能和细胞增值。研究过程中，对与HA存在临床表型明显重叠的其他神经变性遗传病也进行了基因定位与克隆方面的研究，发现了神经元核内包涵体病（NIID）的致病基因NOTCH2NLC三核苷酸重复，以及拓展了常染色体显性遗传纹状体变性（ADSD）和肌萎缩侧索硬化（ALS）疾病的遗传突变谱。.以上成果从已知致病基因突变筛查、新的致病基因的定位克隆以及新致病基因功能研究等方面进行，扩大了HA和HSP的遗传突变谱，为临床的基因诊断工作做出了较大的贡献，同时也进行了定位克隆了新的致病基因，特别是找到了线粒体基因组突变，并探讨了该线粒体基因突变在发病机制中的作用。该课题研究成果发现了线粒体基因组突变在HA/HSP疾病中的作用，为今后此类疾病的致病基因定位方向、预防、诊断和治疗提供了理论依据。