新耳聋基因EML2突变导致常染色体显性遗传性耳聋致病机制研究

Nonsyndromic hereditary forms, in which hearing loss is the only clinical sign, are known to be genetically heterogeneous. To date, 30 responsible genes have been identified to be associated with autosomal dominant nonsyndromic hearing loss (ADNSHL). There are still many new deafness genes to be determined. We have identified a mutation in EML2 gene in one Chinese ADNSHL pedigree by whole exome sequencing. Our study showed that Eml2 expresses in the mouse cochlea, especially in the hair cells of Corti’s and spiral ganglion neurons. In vivo experiments, eml2 knockdown zebrafish displayed U-shape somite, curved body axis, slow touch response and balance dysfunction. In this study, we will identify the mutation spectrum of EML2 and investigate function of EML2 on cell mitosis and apoptosis through transfection into HeLa cells in vitro. Systemic phenotype, pathophysiology and auditory function study will then be performed on the constructed animal models. The results of this study will reveal the pathogenesis and molecular pathway of EML2 related ADNSHL and lay the foundation for prevention and treatment of inherited hearing loss.

非综合征型遗传性耳聋具有高度的遗传异质性。目前已明确的常染色体显性耳聋基因共有30个，仍有众多遗传性耳聋家系尚未找到分子病因，提示有新的耳聋基因存在。前期工作中，我们对一个常染色体显性遗传性耳聋家系进行全外显子组分析，发现了一个新的致聋基因EML2。免疫组化显示Eml2蛋白在小鼠耳蜗毛细胞、螺旋神经节特异性表达，eml2 Knockdown斑马鱼发生体节改变、触觉反应减退、平衡功能降低。本研究拟扩大显性耳聋样本进行EML2基因筛查，确定突变谱，通过转染HeLa细胞，研究EML2在细胞有丝分裂、凋亡中的作用；通过分析eml2表达降低后斑马鱼模型的神经系统、听觉系统的形态及功能，获得eml2生物学功能及对听觉功能影响的初步资料；通过构建致聋突变Knockin小鼠模型，进行在体病理、生理、听觉功能研究。以期证明EML2是一个新的致聋基因并阐述致聋机制。研究结果将为耳聋的治疗提供依据。

遗传性耳聋的病因学研究虽然取得了显著进展，但推测仍有约50%的耳聋基因尚未发现。本项目立题之初在一个常染色体显性遗传性耳聋大家系（JS4842）筛选到可疑的致聋新基因EML2，拟通过体外、体内功能试验对EML2的生物学功能及致聋机制进行深入研究。然而，在课题实施的第二年，JS4842家庭中出现了一例未携EML2突变的耳聋患者（III:6），这例患者在我们前期采集病史时（19岁）听力是正常的，而在22岁时出现了高频听力下降，与家庭中其他患者的临床表型相似。进一步对这例新出现的患者进行了全外显子组测序，未发现已知耳聋基因的致病突变，也未发现EML2基因的其它突变，因此提出前期筛选的EML2并非该家庭真正的致聋原因。重新对JS4842家庭外显子组测序的数据进行分析，并对该家庭的所有成员进行了全基因组连锁分析。结果显示：位于1号染色体的IFNLR1基因是JS4842家庭的真正致聋基因，IFNLR1基因也是耳聋新基因，与耳聋的关系尚未见报道。因此，我们后期的研究重点由EML2基因调整为IFNLR1基因。研究方向虽调整，内容不变，并取得了重要研究发现。.免疫荧光结果显示该基因编码的Ifnlr1蛋白在小鼠内耳毛细胞、支持细胞、螺旋神经节细胞及蜗神经特异性表达。进一步构建了ifnlr1基因knockdown斑马鱼模型，与正常对照组相比，侧线听细胞数量明显减少，其中毛细胞，支持细胞及具有增殖能力的细胞数量均明显降低。将表达正常ifnlr1蛋白的载体注射入斑马鱼胚胎，可以纠正斑马鱼侧线听细胞减少的表型，提示ifnlr1表达降低后可以特异性引起听毛细胞的改变，通过转录组分析发现斑马鱼毛细胞死亡后Jak1/STAT3通路被激活，提出IFNLR1基因可能通过激活Jak1/STAT3信号通路参与听觉传导。本研究发表于J Med Genet（影响因子5.9），并作为该杂志当期封面导读重点推荐。同时还为多个遗传性耳聋家庭中鉴定了致病变异，并进行了基因型-表型相关性分析。课题执行期间共发表SCI论文 12篇，第一作者/并列第一作者/通讯作者SCI论文10篇，累计影响因子 42分，单篇最高影响因子9.92；获得发明专利4项（已授权）；参编专著3部；获得国家级科研奖励1项。