CHRM3遗传变异在孤独症谱系障碍中的作用机制研究

Autism is a kind of neural developmental disorder, which can cause severe health problem of children and has an increased incidence year by year. Due to the poor ability to adapt and self-care of autistics, this disorder has brought tremendous burden to society, and drawn growing concerns from the government, healthcare and academic institutions. However, the cause and mechanism of autism is not yet revealed, and its diagnosis and rehabilitation are still facing many difficulties. Several research have shown that gene mutations contribute a lot in autism. Having found that CHRM3 and its downstream PLCH1 gene mutation in autistic children by Whole Genome Sequencing, and based on our established neurodevelopmental and molecular research platform for autism, we intend to carry out the following work: 1. analyzing the expression pattern of CHRM3 and PLCH1 during brain development; 2. analyzing the behavior characteristics of CHRM3 dysfunction mice; 3. researching how CHRM3 mutation influences brain development; 4. researching how CHRM3 mutation affects neuronal behavior; 5. analyzing the signaling pathway with which CHRM3 mutant causes autism. Generally, by using modern research system like transgenic mice, DREADD technology and CRISPR/Cas9 system, this project will explore how CHRM3 gene mutation causes autism within behavioral, structural, cellular and molecular levels, which will provide theoretical basis for coping with autism. The research results can be used to develop targeted methods and drugs in autism detection and treatment, and will make scientific and social contributions to autistic clinical diagnosis and patient rehabilitation.

孤独症是一类严重的神经系统发育障碍疾病，发病率逐年增高，其诊断、治疗和康复面临许多困难。大量研究表明一个或多个遗传基因异常是孤独症发生的重要原因。我们此前通过患者全基因组测序发现M型乙酰胆碱受体3(CHRM3)基因及其下游PLCH1基因突变均可导致孤独症，在建立相关功能机制研究平台基础上，本项目拟开展以下工作：1.分析CHRM3和PLCH1在脑发育过程中的表达模式；2.研究CHRM3功能异常小鼠的行为特征；3.研究CHRM3基因突变对脑发育的影响；4.研究CHRM3基因突变对神经元的影响；5.分析CHRM3相关信号通路的作用机制。本项目试图借助转基因小鼠、DREADD和CRISPR/Cas9技术，分别从行为、组织环路、细胞和分子层面探究上述基因突变的致病机制，成果可为孤独症的检测、治疗和相关方法及药物的研发提供理论依据，对应对孤独症具有一定科学和社会意义。

孤独症是一类严重的神经发育疾病，发病率逐年增高，其诊断、治疗和康复面临许多困难。大量研究表明一个或多个遗传基因异常是孤独症发生的重要原因，而环境因素在其中也会发挥重要作用。我们此前通过患者全基因组测序发现M型乙酰胆碱受体3基因(CHRM3)及其下游PLCH1基因突变均可导致孤独症，在建立相关功能机制研究平台基础上，本课题从行为、组织、细胞、分子层面对CHRM3及其相关PLCH1基因影响脑发育的表型和机制进行了全面的分析。我们首先依据项目计划书，从基因表达层面和行为层面对CHRM3及其相关PLCH1基因展开研究，初步明确了与二者功能相关的脑发育时期、脑区、基因网络和信号通路，并结合大规模临床样本分析和动物模型，总结了与二者所在信号通路相关的孤独症临床特征，并建立了一个孤独症档案管理系统。同时，由于CHRM3及其相关PLCH1基因异常的患者表现出了一些免疫异常表型，结合我们的一系列研究结果和新近发表的文献，我们发现上述两个基因对孤独症发生发展的作用很可能不仅在神经元中存在，更可能调控了神经系统中的其他胶质细胞的作用，尤其是小胶质细胞的功能。基于此，我们尝试建立基于人源iPSC（Induced pluripotent stem cell诱导多能干细胞）的重编程iNeuron和iGlia模型，并进一步发现CHRM3相关信号通路能够影响神经系统中免疫细胞的分化过程。同时，我们还发现CHRM3及PLCH1所在的信号通路与孤独症相关基因PAK2的功能存在联系，并进行了进一步的体内功能和行为验证。此外，我们还结合当前重要的孤独症环境诱发模型MIA模型，分析了CHRM3和PLCH1潜在的遗传与环境交互作用机制，并发现该机制可能涉及CXCR2所在的信号通路。本课题的成果可为孤独症的检测、治疗和相关方法及药物的研发提供理论依据，对应对孤独症具有一定科学和社会意义。