小颅畸形致病机制研究

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常染色体隐性遗传小颅畸形(autosomal recessive primary microcephaly,MCPH)是一种神经系统发育障碍疾病,病人主要表现为头围减小,并伴随一定程度的智力障碍。WDR62(WD40-Repeat Protein62)是最近发现的小颅畸形致病基因,其在大脑发育过程中对于维持神经前体细胞增殖与分化是必须的。到目前为止,WDR62基因突变或缺失导致小颅畸形的致病机制还不是很清楚。本文研究发现WDR62是一个位于中心体上的蛋白,敲除导致中心体提前分离、中心体复制异常、多级纺锤体的形成以及胞质分裂异常。β-catenin也是一个中心体定位的蛋白,敲除β-catenin导致了中心体复制发生异常。同时,我们采用子宫内电转技术以及基因敲除技术敲降β-catenin,造成神经细胞在大脑皮层的分布发生改变,转染β-catenin shRNA的细胞主要聚集在大脑的中间层(intermediate zone,IZ)。一方面,细胞不能迁移到皮层(cortical plate,CP)暗示神经迁移缺陷,另一方面室管膜层(ventricular zone,VZ)细胞显著减少暗示神经干细胞的自我更新或分化出现问题。这与WDR62敲降的表型十分相似。因此,在敲降WDR62的同时过表达β-catenin发现,过表达β-catenin能够挽救WDR62敲降的表型,并且不依赖于β-catenin转录因子的功能。接下来我们研究了β-catenin是通过什么机制来挽救WDR62敲降的表型。我们发现WDR62作为支架蛋白能招募β-catenin到中心体上,敲降WDR62导致β-catenin在中心体上的定位减少。泛素连接酶FBW7能够通过WDR62第1053这个特异磷酸化位点的磷酸化,来识别WDR62,从而导致WDR62的泛素化降解,负调控WDR62蛋白的稳定性。相反,β-catenin能够正调控WDR62蛋白的稳定性。β-catenin既能够跟WDR62相互作用,也能跟FBW7相互作用,三者两两相互作用形成复合体。同时,β-catenin能够抑制FBW7自身二聚体的形成,从而破坏WDR62与FBW7之间的相互作用,可能使得WDR62被FBW7泛素化降解减少,最终起到稳定WDR62蛋白的作用。在一定程度上解释了β-catenin能够挽救WDR62敲降表型的原因。此外,β-catenin的ARM结构域对于其定位在中心体上是非常必须的,ARM结构域缺失的β-catenin不能定位在中心体上。有趣的是,过表达ARM结构域能挽救WDR62敲除所导致的中心体连接以及纺锤体缺陷的表型,然而缺失ARM结构域,β-catenin则不能挽救WDR62敲除所导致的中心体异常的表型。  由于寨卡病毒感染直接导致胎儿小颅畸形,因此寨卡病毒疫情对全球公共卫生造成了巨大威胁。我们通过系统进化树分析揭示了目前流行的寨卡病毒株系来源于原来的亚洲系病毒株,并在传播的过程中发生了多个突变。系统进化树分析显示S139N突变株是在2013年法国波利尼西亚寨卡疫情爆发中兴起的,之后这一突变被稳定保持以至传播到美洲。我们研究表明寨卡病毒prM蛋白第139位丝氨酸突变成为天冬酰胺(S139N)后,导致寨卡病毒神经毒性显著增强,对人和鼠神经干细胞的感染能力明显增强,并导致了更严重的胎鼠小颅畸形以及更高的新生小鼠死亡率。这一突变直接导致了寨卡病毒对人干细胞的感染率增加,从而导致了小颅畸形患病率的增加。
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