SLC20A2突变导致特发性基底节钙化的分子机制研究

Idiopathic basal ganglia calcification (IBGC) is an inheritable neurodegenerative condition characterized by calcium deposits in the basal ganglia and other brain regions. Affected individuals display a wide spectrum of neuropsychiatric symptoms such as movement disorders, headaches, dementia, psychosis and seizures. So far, there is no targeted drugs for the treatment of IBGC. In 2012, we found mutations in SLC20A2, encoding the Type III sodium-dependent inorganic phosphate transporter 2 (PiT2), in seven IBGC-affected families, which led to the identification of the first IBGC gene. Subsequent sequencing studies confirmed an important role for SLC20A2 in the etiology of IBGC, accounting for 40% of IBGC cases. However, the molecular mechanism of how mutations in SLC20A2 may lead to IBGC is still unclear. In vitro experiments showed impaired phosphate transport activity of mutated PiT2, suggesting the disturbed phosphate homeostasis in brain might be the primary pathophysiologic mechanism of IBGC. In this investigation, we will use Slc20a2-KO and KI mice to study the developing process of brain calcification, measure the alternation of phosphate homeostasis and analyze gene expression and proteomic changes of the calcified brain tissues. Our studies will elucidate the molecular mechanism of IBGC caused by SLC20A2 mutations and provide foundation for IBGC drug development.

特发性基底节钙化（IBGC）是一种以基底节及大脑其他部位钙化为特征的神经系统遗传疾病，患者可出现运动障碍、头痛、痴呆、精神障碍和癫痫等症状，目前尚无有效治疗药物。2012年，我们通过家系研究发现了IBGC第一个致病基因SLC20A2，现统计有40%的IBGC患者携带SLC20A2突变，说明该基因为IBGC重要致病基因。SLC20A2突变如何导致IBGC发生呢? SLC20A2编码III型钠磷转运体2（PiT2），体外实验发现该基因突变导致PiT2磷转运功能障碍，推测大脑局部磷稳态失衡可能是导致IBGC的病理基础。但SLC20A2突变导致IBGC体内机制是什么？本研究拟运用SLC20A2-KO和KI小鼠模型，研究小鼠颅内钙化的时空发展过程、检测IBGC小鼠大脑磷稳态和钙化部位基因表达和蛋白质差异表达，探索SLC20A2突变导致IBGC精细的分子机制，为开发治疗IBGC相关药物奠定基础。

特发性基底节钙化（IBGC）是一种以基底节及大脑其他部位钙化为特征的神经系统遗传疾病，患者可出现运动障碍及认知、精神异常。本课题组通过家系研究发现IBGC第一个致病基因SLC20A2，现统计有40%的IBGC患者因携带SLC20A2突变致病，但其具体分子致病机制尚不清楚。本研究以Slc20a2-KO和KI小鼠为研究对象，探索SLC20A2突变导致IBGC精细的分子机制，对IBGC相关药物的研发有重要意义。.在该项目资助下，成功构建了Slc20a2-KO和KI小鼠模型，通过表型分析发现纯合Slc20a2-KO和KI小鼠均有脑钙化现象，且钙化程度随年龄增长而加重；行为学测试结果显示纯合Slc20a2-KI小鼠的运动平衡能力以及学习记忆能力较WT小鼠显著降低；以上结果说明Slc20a2-KO和KI小鼠均可模拟人IBGC疾病表型。对小鼠脑脊液和血清无机磷（Pi）浓度进行检测，发现纯合Slc20a2-KI小鼠脑脊液Pi浓度相对于WT小鼠显著升高，血清Pi浓度无显著差异。对WT、Slc20a2-KO和KI小鼠大脑钙化部位（丘脑组织）进行iTRAQ蛋白质组学分析，鉴定出多个差异表达蛋白；对其中一个差异表达蛋白Osteoponin进行验证，发现该蛋白可能参与钙化的形成。以上研究结果从体内证实SLC20A2功能缺失导致的大脑磷稳态失衡是IBGC钙化发生的病理基础，同时也为揭示SLC20A2突变导致IBGC钙化的分子机制提供了新的线索。.在项目资助期间，参加5次国内学术交流会议和1次国际学术会议，5篇摘要参与交流。发表标注该项目的SCI论文3篇，其中影响因子大于5的两篇。毕业博士生2名、硕士生1名。