癫痫相关SCN1A基因多个启动子的转录调控元件鉴定与功能比较

I型电压依赖型钠通道（Nav1.1）在神经元兴奋过程中发挥重要作用。Nav1.1功能异常及其编码基因SCN1A表达水平的变化直接影响到神经系统的功能，导致多种神经系统疾病发生。本项前期研究发现：SCN1A基因的5′非翻译区结构比较复杂，存在多个非编码外显子和内含子；而且SCN1A基因存在多个启动子，它们分别位于不同的5′非编码外显子上。本项目将进一步采用启动子片段截短分析和缺失分析法鉴定SCN1A基因最小功能启动子及潜在的转录调控元件；采用酵母单杂交、电泳凝胶迁移实验及染色体免疫共沉淀技术分析转录调控元件及其相互作用的转录因子；并通过重组腺病毒介导法将这三个启动子驱动不同荧光蛋白表达盒转入培养大鼠神经元及大鼠脑组织，观察这些启动子在各种细胞类型及组织中的活性差异。这一系列研究将有助于进一步认识SCN1A基因在中枢神系统中的表达调控机制及其与神经兴奋性改变有关疾病的相互关系。

I型和III型电压门控型钠通道（Nav1.1和Nav1.3，编码基因分别是SCN1A和SCN3A）是中枢神经系统中两种重要的钠通道，均位于神经元细胞体和近端树突中。但SCN1A主要在成年脑中表达，而SCN3A主要在胚胎脑中表达。SCN1A和SCN3A表达异常均与癫痫等多种神经系统疾病密切相关。本研究鉴定了钠通道SCN1A基因的3个启动子（P1a、P1b和P1c），发现在培养的NT2细胞及培养的小鼠神经元中，只有P1c启动子有较强的活性，而其他2个启动子没有活性。通过EMSA、ChIP等实验证实了一种细胞骨架蛋白RACK1可作为转录因子结合于SCN1A基因P1c启动子下游调控元件来抑制基因表达，提示RACK1在神经元发育及正常脑功能中起重要作用。本研究还从Dravet综合征患者SCN1A基因3′UTR区鉴定出一个有功能的变异位点c.*1794C>T，该位点低频等位基因参与形成糖酵解酶GAPDH的结合位点，GAPDH与该位点的结合并影响mRNA稳定性，从而下调报告基因表达，提示该变异位点与癫痫密切相关。由于GAPDH是能量代谢的一种关键酶，因此这一研究成果将能量代谢途径与钠通道基因表达调控及癫痫相联系起来。本研究还鉴定了钠通道SCN3A基因启动子及其调控元件，证实小鼠Scn3a基因启动子上的GC盒和CpG甲基化可调控启动子活性。进一步研究发现Scn3a启动子区上的一个CpG位点（-39C）甲基化水平在小鼠不同发育阶段呈动态变化。发现含有-39C的调控元件与去甲基化酶MBD2相结合，并且-39C甲基化影响到其结合能力。研究发现，在癫痫条件下Scn3a表达上调，且-39C甲基化水平下调，导致MBD2与该调控元件的结合能力下降。从而揭示癫痫条件下MBD2与CpG甲基化参与Scn3a基因表达上调的分子机制，同时还为癫痫治疗提供可能的新策略。本研究成果有助于进一步探索SCN1A和SCN3A基因在神经系统中的表达调控机制及其与癫痫等多种神经系统疾病的相关性。