CREBBP突变导致非Rubinstein-Taybi智障综合征的分子机制研究

Intellectual disability (ID)is a group of disorders that might affect physical and mental health severely. Loss of function mutations in CREBBP gene would cause Rubinstein-Taybi Syndrome(RSTS), one intellectual disability disorder(IDD). A non-RSTS IDD (NRIDD) was reported recently caused by mutations in a specific region in CREBBP gene. The disease mechanism is unknown. By phenotype comparison, NRIDD might be caused by gain of CREBBP function. CREBBP protein is an important transcription factor coactivator and has acetyltransferase activity. Gain of CREBBP function might alter the enzyme activity, change the transcription factor recruitment to bind the promoter/enhancer region, or even bind to new transcription factor. This project would apply iPSCs induced from NRIDD samples as a disease model. We plan to differentiate iPSCs into neuron and apply RNA-seq, ChIP-seq, acetylome profile to investigate the effect of NRIDD mutations to cellular transcriptional regulation. Furthermore, we will apply certain inhibitor to balance the acetyltransferase/deacetylase level, so that to rescue the neuron. The proposal would reveal the molecular etiology of NRIDD and the potential treatment.

智障是严重危害儿童青少年身心健康的疾病。CREBBP基因上的失功能突变会导致Rubinstein-Taybi智障综合征（RSTS）。近年发现CREBBP基因特定区域上突变会导致非RSTS智障综合征（NRIDD），其致病机理不明。本项目组前期发现NRIDD可能由CREBBP基因获得功能致病。CREBBP蛋白是细胞内重要的转录共激活因子并有乙酰基转移酶活性，其获得功能改变可能会导致酶活性变化和改变促进转录因子识别启动子/增强子的能力或结合新的转录因子。本项目计划以病人细胞诱导iPSC为模型，将其分化成神经元，通过RNA-seq、ChIP-seq、蛋白乙酰化谱的多组学的方法研究NRIDD突变对细胞内转录调控的影响，并根据突变导致酶活性的改变，选用相应抑制剂调节乙酰基转移酶/去乙酰基酶平衡，对神经元进行挽救实验，以明确CREBBP基因上突变导致NRIDD的分子机制和可能的干预方法。

智力障碍严重危害儿童的身心健康，CREBBP基因上的失功能突变会导致Rubinstein-Taybi智障综合征（RSTS）。近年发现CREBBP基因特定区域上突变会导致Menke-Hennekam智障综合征（MHS），其致病机理不明。本研究为了详尽的收集CREBBP变异导致智力障碍的病例，开发了基于外显组测序检测拷贝数变异的方法，以此为基础收集到11个RSTS和8个MHS的病例库；同时利用9个RSTS和8个MHS病例和对照（n=33）外周血，发现CREBBP变异导致智障的DNA甲基化episignature，并根据差异甲基化位点，利用二分类支持向量机模型（SVM）构建了诊断模型（epi-RSTS和epi-MHS），发现epi-RSTS可以较好的将RSTS病例诊断出来，但是epi-MHS只对IDR区域变异的样本诊断效果好，提示MHS有多种分型。基于病人的携带的变异，DNA甲基化谱和病人表现型，我们建立了“基因型-表观遗传-表型”的关联性。此结果提示表观遗传可能与疾病发生相关，且与表型的差异有关。结合RSTS是CREBBP丧失功能致病，而MHS是CREBBP获得功能致病为假设，我们以工具细胞为模型，发现MHS变异可能导致CREBBP的乙酰基转移酶活性升高，与假设一致。此外我们以病人细胞诱导的iPSC为模型，通过RNAseq，甲基化组等多组学研究方法，发现CREBBP变异会影响染色质重塑和核小体，可能进而对表观遗传学造成改变。同时RSTS相对于MHS在突触组织，神经系统发育通路存在显著差异，提示了两种综合征在致病机制上的不同。此外，我们将iPSC分化成神经前体细胞（NPC），在形态学上，发现正常对照可以形成典型的“花环样”结构，而RSTS细胞和MHS细胞不能形成相应结构，提示RSTS和MHS变异会对神经系统发育造成影响，其机制有待进一步深入探究。本项目发现DNA甲基化在CREBBP变异导致的智力障碍的作用，扩展了CREBBP功能和智力障碍发病机制，同时开发的基于外显组测序检测拷贝数和DNA甲基化诊断模型有临床应用价值，可以帮助遗传病的分子诊断。