肌萎缩侧索硬化转基因小鼠ETV1-D38G突变模型的研究

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is an adult-onset, progressive, fatal neurodegenerative disease primarily caused by degeneration of motor neurons in the cortex, brain stem, and spinal cord. ALS patients are characterized by progressive paralysis and die from respiratory failure. About 10% of ALS cases are familial, and the rest are considered sporadic. The prevalence of ALS is estimated at 4.06-7.89:100,000. The mean age of onset is 61.8 years and the mean duration is average 2-3 years. About 40% ALS patients have a 4-year survival. The pathogenesis is not definite. The study of genetics is hot. Nowadays, at least 21 genes are found to be relative with ALS. Our study is base on a Chinese ALS pedigree which may has a new mutation gene. Therefore, we constructed a ALS transgenic mice with ETV1-D38G mutation to study the relationship between ETV1 gene and ALS through the observation of mice's behavior, detection of the electrophysiology and the study of neural system and muscle. It can provide a good animal model for ALS study.

肌萎缩侧索硬化（ALS）是一种成年起病，因大脑皮质、脑干和脊髓前角的上下运动神经元进行性变性，导致进行性肌肉无力、萎缩，言语、吞咽、呼吸功能障碍而致死的神经变性疾病。10%的ALS为家族性的，其他的认为是散发性的。该病发病率4.06-7.89/10万，发病年龄平均61.8岁，从发病起平均存活2-3年，4年生存率为40%。确切的发病机制尚不明确。其遗传学的研究是现今的热点。目前已经发现21个存在孟德尔遗传规律的致病基因。本研究以一FALS家系为基础，发现一个新的可能为ALS的致病基因—ETV1基因。为此，我们构建了ETV1基因突变的小鼠模型，通过对其行为学试验的观察，电生理的检测，以及神经肌肉病理学的研究，来了解ETV1基因突变与ALS表型的关系，进一步完善ALS的突变谱，也为ALS的进一步研究提供良好的动物模型。

肌萎缩侧索硬化（amyotrophic lateral sclerosis, ALS）是脑和脊髓上、下运动神经元同时受累的进行性、致死性神经退行性疾病。本课题组发现一个累及三代患者的ALS和脊髓小脑共济失调3型（spinocerebellar ataxias type 3, SCA3）共患家系，对该家系成员进行全外显子测序、连锁分析和生物信息学分析，最终推测ETV1-D38G突变在该家系中可能与ALS表型相关。ETV1在脊髓发育过程中参与本体感觉传入纤维与运动神经元感觉运动环路的建立，参与小脑颗粒细胞终末成熟发育过程，在神经系统早期发育中ETV1对运动协调起到重要作用。本课题组已经完成ETV1基因体外及体内功能验证：过表达ETV1-D38G质粒抑制小鼠原代脊髓运动神经元细胞神经突起生长；阻碍小鼠运动皮层发育。为提供ETV1-D38G更确切致病性的依据，利用胚胎干细胞重组技术构建ETV1-D38G小鼠，进一步明确ETV1-D38G对于ALS的致病性。本课题组构建ETV1-D38G点突变的转基因小鼠（ETV1-D38G小鼠），并对ETV1-D38G纯合组、ETV1-D38G杂合组及野生对照组，就其生存期、行为学、神经电生理、神经病理、转录组等方面进行评估。此外为更好模拟家系表型，我们将SCA3型（MJD84.2）杂合小鼠同ETV1-D38G纯合小鼠杂交，建立MJD84.2/ETV1-D38G双重突变小鼠模型，探究ETV1-D38G、ATXN3基因CAG异常重复扩增在ALS致病机制中是否具有协同作用。结果发现ETV1-D38G纯合组、ETV1-D38G杂合组较野生组，在生存期、行为学、神经电生理、神经病理、转录组学未出现明显异常；MJD84.2/ETV1-D38G双重突变组和MJD84.2杂合组，较ETV1-D38G杂合组和野生对照组出现的行为学、电生理学、病理学异常表现，然而双重突变组和MJD84.2杂合组之间未见明显差异；转录组结果MJD84.2/ETV1-D38G双重突变组较MJD84.2杂合组上调了参与细胞器运输、树突和轴突生长、突触可塑性维持、轴突转运和能量稳态维持等生理过程的骨架蛋白。该ALS和SCA3共患家系的ALS表型以ATXN3蛋白CAG重复扩增造成谷氨酸毒性作用为主，ETV1-D38G可能通过某种机制上调小鼠脊髓的物质转运和能量代谢过程。