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【研究背景】
过往研究表明,钠离子通道β1亚基通过二硫键与α亚基连接,能调节α亚基的通道属性,并发现编码钠离子通道β1亚基的SCN1B基因同时也是癫痫的易感基因。SCN1B基因的突变与多种类型的热性惊厥附加症相关(包括FS,GEFS+,SMEI等),在热性惊厥附加症谱系疾病致病机制中占有重要的地位。既往发现的导致癫痫的SCN1B基因突变,大部分(除一例为剪切位点突变外)是错义突变,杂合错义突变大多引起症状较轻的FS或GEFS+,纯合错义突变则会导致症状更严重的SMEI。有趣的是,SCN1A基因截短突变多引起症状严重的SMEI,而SCN1B基因截短突变则为SNP位点(存在大于1%的正常人群中)。在动物实验中,SCN1B基因杂合敲除小鼠的表型是正常,说明单倍体剂量不足并不是其发病机制。离子通道蛋白必须在细胞膜上表达才可以调节神经元的兴奋性,而本实验室前期研究结果表明,SCN1B基因突变蛋白在细胞膜上表达情况并不相同,相较于正常表达的错义突变蛋白,截短突变蛋白在细胞膜上的表达明显减少或者甚至不表达。本研究从SCN1B基因错义突变与截短突变的表达差异导致的电生理功能改变入手,寻找SCN1B基因突变可能的致病机制及其与临床表型的相关性。
【实验方法】
与癫痫相关的SCN1B基因突变病例资料及3个截短的SCN1B基因突变信息中挑选出1个点突变及3个截短突变,构建膜片钳转染质粒。以质粒pDsred-IRES-SCN1B,分别构建错义突变和截短突变质粒(pCMV-MuSCN1B-IRES-GFP与pCMV-SCN1B-IRES-DsRed)。
将突变型和野生型SCN1B与pCMV-SCN1A-WT表达质粒以相同摩尔比例共同转染HEK293T细胞,24-48小时期间,进行膜片钳检测。
最后使用SPSS13.0软件包进行统计学分析,计量资料据以均数±标准误(-X±SE)来表示,两独立样本均数的比较使用独立样本T检验,最后以p<0.05为差异具有统计学意义。
【研究结果】
1、成功构建了pCMV-MuSCN1B-IRES-GFP错义及截短突变与pCMV-SCN1B-IRES-DsRed野生型质粒,并且通过酶切和测序证实。
2、膜片钳检测发现,模拟纯合突变情况下,α亚基和β亚基截短突变蛋白(Glu56X)共转染与单独转染α亚基的钠通道通道动力学无明显差异。与前期突变蛋白上膜情况研究结果一致,提示不能上膜的β1亚基截短突变蛋白不能与α亚基连接,从而为无法发挥对β亚基的调节功能。
3、膜片钳检测发现,模拟杂合突变情况下,α亚基与β1亚基野生型及突变质粒共转染,当突变质粒为截短突变β1亚基时(α+WT+Glu56x)与α+WT相比,通道动力学无明显改变,而与它们与单独转染α亚基(αalone)相比,却都是GOF;当突变质粒为错义突变β1亚基时(α+C121W+WT)与α+WT相比是LOF,而与单独转染α亚基(αalone)相比无明显变化。与前期突变蛋白上膜情况研究结果一致,提示杂合突变情况下,失去功能的点突变β1亚基能上膜并占据了与α亚基连接的位置,导致功能正常的野生型β1亚基不能与α亚基连接,最终无法调节钠通道功能;不能上膜的截短突变β1亚基蛋白无法与α亚基连接却腾出了位置,使野生型β1亚基蛋白能与α亚基连接并最终使钠通道发挥正常的功能。
【结论】
1、SCN1B基因杂合突变主要在表型相对较轻的FS+患者中出现;而SCN1B基因纯合错义突变则导致症状严重的DS。这说明SCN1B基因的损害量可能决定疾病的严重程度。
2、β1错义突变蛋白能够在细胞表面表达,且不影响野生型β1蛋白表达,但是对钠通道的调节功能丧失,因此推测SCN1B基因错义突变可能通过占位负效应致病,即突变的辅助亚基能够在细胞膜上表达,并且由于其占据了与α亚基连接的位置但又不能发挥自身正常功能,导致了调节钠通道的功能丧失。
3、SCN1B基因截短突变可能由于失去了跨膜结构,无法在细胞膜上表达,无法上膜的截短蛋白没有占据与α亚基的连接位置也不影响野生型β亚基蛋白的表达和上膜,并且单倍体剂量足够维持钠通道的正常功能。
过往研究表明,钠离子通道β1亚基通过二硫键与α亚基连接,能调节α亚基的通道属性,并发现编码钠离子通道β1亚基的SCN1B基因同时也是癫痫的易感基因。SCN1B基因的突变与多种类型的热性惊厥附加症相关(包括FS,GEFS+,SMEI等),在热性惊厥附加症谱系疾病致病机制中占有重要的地位。既往发现的导致癫痫的SCN1B基因突变,大部分(除一例为剪切位点突变外)是错义突变,杂合错义突变大多引起症状较轻的FS或GEFS+,纯合错义突变则会导致症状更严重的SMEI。有趣的是,SCN1A基因截短突变多引起症状严重的SMEI,而SCN1B基因截短突变则为SNP位点(存在大于1%的正常人群中)。在动物实验中,SCN1B基因杂合敲除小鼠的表型是正常,说明单倍体剂量不足并不是其发病机制。离子通道蛋白必须在细胞膜上表达才可以调节神经元的兴奋性,而本实验室前期研究结果表明,SCN1B基因突变蛋白在细胞膜上表达情况并不相同,相较于正常表达的错义突变蛋白,截短突变蛋白在细胞膜上的表达明显减少或者甚至不表达。本研究从SCN1B基因错义突变与截短突变的表达差异导致的电生理功能改变入手,寻找SCN1B基因突变可能的致病机制及其与临床表型的相关性。
【实验方法】
与癫痫相关的SCN1B基因突变病例资料及3个截短的SCN1B基因突变信息中挑选出1个点突变及3个截短突变,构建膜片钳转染质粒。以质粒pDsred-IRES-SCN1B,分别构建错义突变和截短突变质粒(pCMV-MuSCN1B-IRES-GFP与pCMV-SCN1B-IRES-DsRed)。
将突变型和野生型SCN1B与pCMV-SCN1A-WT表达质粒以相同摩尔比例共同转染HEK293T细胞,24-48小时期间,进行膜片钳检测。
最后使用SPSS13.0软件包进行统计学分析,计量资料据以均数±标准误(-X±SE)来表示,两独立样本均数的比较使用独立样本T检验,最后以p<0.05为差异具有统计学意义。
【研究结果】
1、成功构建了pCMV-MuSCN1B-IRES-GFP错义及截短突变与pCMV-SCN1B-IRES-DsRed野生型质粒,并且通过酶切和测序证实。
2、膜片钳检测发现,模拟纯合突变情况下,α亚基和β亚基截短突变蛋白(Glu56X)共转染与单独转染α亚基的钠通道通道动力学无明显差异。与前期突变蛋白上膜情况研究结果一致,提示不能上膜的β1亚基截短突变蛋白不能与α亚基连接,从而为无法发挥对β亚基的调节功能。
3、膜片钳检测发现,模拟杂合突变情况下,α亚基与β1亚基野生型及突变质粒共转染,当突变质粒为截短突变β1亚基时(α+WT+Glu56x)与α+WT相比,通道动力学无明显改变,而与它们与单独转染α亚基(αalone)相比,却都是GOF;当突变质粒为错义突变β1亚基时(α+C121W+WT)与α+WT相比是LOF,而与单独转染α亚基(αalone)相比无明显变化。与前期突变蛋白上膜情况研究结果一致,提示杂合突变情况下,失去功能的点突变β1亚基能上膜并占据了与α亚基连接的位置,导致功能正常的野生型β1亚基不能与α亚基连接,最终无法调节钠通道功能;不能上膜的截短突变β1亚基蛋白无法与α亚基连接却腾出了位置,使野生型β1亚基蛋白能与α亚基连接并最终使钠通道发挥正常的功能。
【结论】
1、SCN1B基因杂合突变主要在表型相对较轻的FS+患者中出现;而SCN1B基因纯合错义突变则导致症状严重的DS。这说明SCN1B基因的损害量可能决定疾病的严重程度。
2、β1错义突变蛋白能够在细胞表面表达,且不影响野生型β1蛋白表达,但是对钠通道的调节功能丧失,因此推测SCN1B基因错义突变可能通过占位负效应致病,即突变的辅助亚基能够在细胞膜上表达,并且由于其占据了与α亚基连接的位置但又不能发挥自身正常功能,导致了调节钠通道的功能丧失。
3、SCN1B基因截短突变可能由于失去了跨膜结构,无法在细胞膜上表达,无法上膜的截短蛋白没有占据与α亚基的连接位置也不影响野生型β亚基蛋白的表达和上膜,并且单倍体剂量足够维持钠通道的正常功能。