柯凯因氏症候群分子发病机制及治疗干预的研究

Cockayne syndrome (CS) is a devastating neurodevelopmental disorder, characterized by severe growth failure and progeriod features. It is an autosomal recessive disease, caused by mutations in CSB or CSA gene. The molecular basis underlying the neurological dysfunction is unclear. No specific treatment currently exists for Cockayne syndrome. The association between CS and DNA repair deficiency has been reinforced and CS is typically considered to be a DNA repair disorder. However, our previous work has discovered the critical roles of CSB in transcription regulation. Studies in cellular models have revealed that the defects in transcription by RNA polymerase II can provide a better explanation for many of the neurological symptoms. This proposal will determine the mechanisms by which transcription dysfunction as the major cause of CS with the identification of key involved molecular pathways and target genes. Combined with the transcriptome analysis of patients’ tissue samples, we will aim to explore the therapeutic potentials by using experimental cellular and animal models. This project will not only uncover a new mechanistic basis and potential treatment for Cockayne syndrome, but also provide significant new insights into the research on relative neurodevelopmental disorders.

柯凯因氏症候群是一种单基因常染色体隐性遗传病，由CSB或CSA基因缺陷所致，严重影响婴幼儿中枢神经系统的发育，最终导致早衰性死亡。基因缺陷引起的发病机制尚不清楚，目前无任何有效治疗方法。我们的前期工作打破了DNA损伤修复缺陷是引起该疾病发生的传统认知，提出了转录调控失衡可能是导致柯凯因氏症发生发展的核心机制的新观点。在本项目我们将深入研究CSB基因的转录调控失衡是如何导致柯凯因氏症候群及可能的干预治疗手段，并探索受CSB基因直接调控的关键生物通路以及这些通路的分子调控机制与神经系统发育障碍之间的相互关系，进而探索可能的临床干预手段，最终在疾病动物模型中检验此分子机制及用于干预的小分子化合物的有效性和安全性。本项目的完成将为从柯凯因氏症候群的基础研究到临床治疗的转化打下基础。

科凯恩氏综合症是一种罕见的常染色体隐性遗传病，由DNA损伤修复出错引起的，主要临床症状为神经系统发育障碍和早衰。本项目在之前研究基础上提出利用细胞模型和疾病动物模型，进一步探索致病基因CSA和CSB调控的重要基因及信号通路，挖掘可用于临床诊治的新靶标。从立项至今，本项目取得了突破性进展，主要成果集中表现在两个方面：（1）通过CRISPR/Cas9 Knock-In技术，构建了CSB点突变大鼠模型，成功模拟了科凯恩氏综合症病人的基因型。疾病大鼠模型的表皮细胞呈现了光敏感的特性，DNA损伤无法得到正常修复且停滞的基因转录无法重新启动。更重要的是，CSB大鼠的脑组织出现了一定程度的发育障碍，包括与病人十分类似的小脑萎缩，海马体形态异常，神经元细胞丧失，髓鞘发育迟缓以及浦肯野细胞层排序紊乱等。此外，高通量测序分析结果提示基因表达调控与CSB大鼠神经病理特征存在显著关联。科凯恩氏综合症大鼠模型得出的结果相比小鼠模型往前推进了一大步，同时将更有利于研究者对该病的发病机制和临床治疗干预的研究。（2）利用细胞模型和动物模型，系统而全面地探讨了致病基因CSA和CSB对科凯恩氏综合症形成的功能效应和作用机制。首先，缺失CSB基因的斑马鱼相较缺失CSA基因的斑马鱼表现出对紫外线的高度敏感；其次，CSB基因敲除的神经前体细胞完全丧失了分化能力，而CSA基因敲除的神经前体细胞分化正常。最后，高通量测序数据分析显示CSA和CSB基因分别参与不同的信号通路调控。这些发现不仅揭示了CSA和CSB患者临床异质性的分子机理，同时也为科凯恩氏综合症的研究提供了一个全新的视角。综合上述结果，本项目为科凯恩氏综合症研究构建了全新的疾病动物模型，同时对于认识该病的发生、发展机理提供了重要的启示性线索。项目资助期间发表核心论文3篇（2篇研究型论文，1篇综述）。培养研究生3名，其中1名已经取得硕士学位，2名在读。项目投入经费57万元，支出53.45万元，各项支出基本与预算相符。剩余经费3.55万元，剩余经费计划用于本项目研究后续支出。