背景和目的:Cornelia de Lange综合征(Cd LS,OMIM#122470,#300590,#610759,#614701,#300882)是一种MCA/MR(多种先天性异常/智力发育迟缓)病状。其临床表现特征是面部畸形,产前和产后发育迟缓,从轻度到重度的认知障碍,胃肠道畸形,先天性心脏异常和肢体缺损。Cd LS的主要病因是编码粘连复合物(cohesin)亚基或与该复合物相互作用的蛋白质致病性遗传变异,包括NIPBL(Nipped-B-like)、SMC1A、SMC3、RAD21和HDAC8。粘连复合物是染色体生物学多方面的重要调节剂,包括染色体分离,基因组稳定性的维持,基因表达的调节,染色质结构和基因组的组织。尽管目前尚不完全了解Cd LS的确切发病机制,但据估计粘连复合物作为基因表达的调节剂的直接作用对于粘连复合物功能至关重要。粘连复合物加载因子NIPBL的杂合突变导致50%～60%的病例,并且与更严重的临床表现相关,Cd LS先证者的NIPBL表达水平可预测表型严重性。尽管现在已经发现Cd LS的致病基因,但是行为表型与致病基因和大脑差异的关系尚待阐明。最近的研究已经开始揭示体内皮质神经祖细胞中Nipbl的缺失损害神经元迁移,但是Nipbl在有丝分裂后神经元中的作用以及对行为和精神病学表型的大脑区域特定贡献尚未完全确定。在这里,我们描述了Nipbl在大脑皮层第五层和海马的CA1锥体神经元中NIPBL条件敲除(NIPBL cKO)雄性和雌性小鼠。研究方法:NIPBL的大脑皮层V层和CA1海马兴奋性谷氨酸能神经元特异性KO小鼠是通过构建的NIPBL-Lox P小鼠与Ca MKIIα-Cre转基因小鼠繁殖而建立的。仅cKO动物用于该研究。实验前通过PCR对所有小鼠进行基因分型。基因型以及NIPBL的敲除通过PCR证实。对于所有实验,将WT(+/+)同窝仔用作对照。记录小鼠的体重增长和生存。我们在许多行为范例中表征NIPBL cKO小鼠。通过旷场测试,Morris水迷宫测试,筑巢测试分别评估NIPBL cKO和WT小鼠运动协调能力,认知功能和社交质量。行为测试完成后,我们比较了同窝纯合突变体和野生型小鼠之间的大脑面积,使用H&E染色评估由于前脑Nipbl缺失而引起的神经解剖学改变,这可以解释观察到的表型。在6个月大的小鼠的皮质和海马中进行树突蛋白MAP2的免疫荧光分析,以确定此时的树突或突触形态是否存在任何精细的形态变化。通过末端脱氧核苷酸转移酶d UTP缺口末端标记(TUNEL)检查组间新皮层和海马的细胞凋亡有无显著差异。为了确定控制NIPBL cKO小鼠行为表型的过程,我们通过对p7 NIPBL cKO小鼠和同窝对照的海马组织样本进行RNA-seq来确定由于Nipbl缺失而引起的转录变化。研究结果:1.NIPBL cKO小鼠海马和大脑皮层中的NIPBL m RNA均降低,这两个大脑区域均具有高Camk2a-Cre活性。2.NIPBL条件性敲除小鼠生长迟缓和早期致死。3.与WT小鼠相比,NIPBL cKO小鼠在旷场试验中表现探索行为显着增加,在中央隔室中花费的时间明显增加(WT:86.95±11.56秒;NIPBL cKO:151.6±24.61秒,t=2.603,p=0.0186)。在NIPBL cKO小鼠中增加的探索行为不是由于过度活跃,因为未发现在WT和NIPBL cKO小鼠之间运动总距离存在显着差异(WT:4437.0±181.0;NIPBL cKO:5668.0±724.6,t=1.901,p=0.0744)。4.获得性训练显示,与WT小鼠相比,就路径长度而言,NIPBL cKO小鼠具有严重的习得缺陷(基因型效应p<0.0001)。重要的是,对照组在各个试验模块之间均显示出明显的路径长度减少(1块对5块:p<0.0001),而NIPBL cKO小鼠在整个习得训练中均表现出相似的路径长度,表明对照小鼠了解了隐藏平台的位置,而NIPBL cKO小鼠则没有这样做。关于逃避潜伏期,也观察到了类似的表现。与获得性训练位置学习结果一致,探查试验分析显示NIPBL cKO小鼠的记忆能力严重损害,NIPBL cKO小鼠的平台交叉点明显更少(t=6.205,p<0.0001),并且目标象限中花费的时间明显更少(t=3.063,p=0.0074)。总之,青春期(6-8周龄)的NIPBL cKO小鼠表现出严重的空间学习和记忆障碍。5.NIPBL cKO小鼠始终筑低质量的巢,并且在大多数情况下,它们从未与提供的筑巢材料发生相互作用(t=39,p<0.0001)。6.NIPBL cKO小鼠新皮层分层与野生型几乎没有区别,但NIPBL cKO小鼠海马显示出破坏的片层化,在CA1区最为严重。7.微管相关蛋白2(MAP-2)染色显示NIPBL cKO小鼠海马的树突曲折且破碎,与Cd LS患者脑中观察到的树突状树皮一致。但是皮层神经元的树突结构相对保留。8.TUNEL显示,与对照组相比,NIPBL cKO小鼠的皮质和海马无细胞均无凋亡增加。9.小鼠海马的高通量RNA测序(RNA-seq)显示,NIPBL cKO小鼠和WT小鼠海马有175个转录本存在差异性表达。对生物学过程和途径的基因本体分析表明,差异基因在轴突部分、轴突末端、神经元投射终点和囊泡的类别中富集,为将来的机理研究提供了有趣的切入点。结论:1.新皮层和海马中NIPBL基因缺陷足以产生探索增加、空间学习和记忆障碍以及社交沟通受损的异常行为。2.Nipbl缺陷小鼠的ID样学习和记忆缺陷可能是由于海马功能的改变所致。Nipbl缺陷导致CA1锥体神经元树突/突触异常并且独立于神经元迁移缺陷而显示破坏的片层化是其病理基础。3.NIPBL在前脑锥体神经元中的正确表达对于出生后海马的维持和功能很重要。4.Nipbl缺陷的分子机制可能与轴突形成、神经元投射和囊泡形成调控基因受影响有关。5.总体而言,我们的结果表明Nipbl缺失的某些行为后果可以归因于大脑不同区域内基因网络的破坏。因此,这些届为将来的机理研究提供了有趣的切入点,改善对特定ID和ASD症状有一定参考意义。我们的数据为与NIPBL有害突变相关的神经系统缺陷提供了理论依据,进一步提出了可能存在于精神疾病和/或相关认知缺陷的病理生理发展中的分子机制,也为理解产后海马维持和功能的机制提供了基础。