在神经发育领域,自闭症谱系障碍(ASD)一直是个备受关注的难题。它影响着众多儿童的成长,每 36 个孩子中就有 1 个患病,且超 95% 的患者还伴有其他身心健康问题。目前,尽管已发现数百个基因与 ASD 风险相关,但具体的分子机制仍如迷雾般难以捉摸。同时,研究发现基因组范围内特定基因的串联重复扩增与 ASD 有关,其中 DMPK 基因 3′非翻译区的 CTG 串联重复扩增会引发 1 型强直性肌营养不良(DM1),且 DM1 和 ASD 常同时出现,不过二者关联的分子基础却无人知晓。为了揭开这层面纱,来自美国内华达大学拉斯维加斯分校、加拿大多伦多大学等多个研究机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Neuroscience》上,为理解 ASD 和 DM1 的关系提供了关键线索。
研究人员运用了多种技术方法来开展此项研究。在动物实验方面,使用了基因敲入(KI)和基因敲除(KO)小鼠模型,如 Dmpk-CTGexp KI 小鼠和 Mbnl2 KO 小鼠 。在分子检测技术上,RNA 测序(RNA-seq)用于分析基因的剪接情况,确定 ASD 风险基因的异常剪接;交联免疫沉淀测序(CLIP-seq)则用于探究蛋白与 RNA 的相互作用。此外,还通过行为学实验,如三箱实验、自由二元社交互动实验等,来评估小鼠的社交行为。研究样本包括人类 DM1 患者的大脑组织、小鼠的大脑组织以及细胞系样本等。

研究结果主要围绕以下几个方面展开:

  • DM1 前额叶皮层中 ASD 风险基因的错配剪接:分析人类 DM1 大脑 Brodmann 区域 10(BA10)的 RNA-seq 数据发现,DMPK-CTGexp突变会导致 ASD 风险基因的 RNA 错配剪接。约 1% 的可变剪接(AS)事件符合错配剪接标准,且 CTGexp重复长度与错配剪接事件显著正相关,同时在多个 ASD 风险基因集里发现错配剪接事件显著富集。
  • Mbnl 条件性双敲除(cDKO)皮层模拟 DM1 中 ASD 风险基因的错配剪接:对 Mbnl cDKO 小鼠额叶皮层的 RNA-seq 数据分析显示,其错配剪接基因中 61% 的基因集显著富集,包括 ASD 风险基因集,且与人类 DM1 皮层中错配剪接的 ASD 风险基因存在显著重叠,表明 MBNL 缺失会扰乱 ASD 风险基因的剪接。
  • DM1 和 Mbnl cDKO 中 ASD 风险基因的微外显子错配剪接:在 Mbnl cDKO 和 DM1 皮层中均发现神经元微外显子(miE)错配剪接显著富集,这些错配剪接的 miE 存在于多个高置信度的 ASD 风险基因中,且可能调节蛋白质结构。
  • ASD 风险基因在皮层发育中的剪接调控:分析五个哺乳动物大脑不同发育阶段的基因表达数据,发现 MBNL 表达在新生儿到童年中期大脑发育过程中呈进化保守性增加,且与 ASD 风险基因的错配剪接水平密切相关。此外,产前 MBNL 缺失会影响 ASD 风险基因的剪接,如在 Mbnl cDKO 胚胎皮质神经元中检测到显著的 ASD 风险基因错配剪接。
  • Mbnl2 KO 导致海马体中 ASD 风险基因的错配剪接:Mbnl2 在成年人类和小鼠的大脑多个区域高表达,对 Mbnl2 KO 小鼠海马体的研究发现,4% 的 AS 事件受到干扰,包括 Scn2a、Ank2 等多个 ASD 风险基因,且 ASD 风险基因列表在错配剪接基因中显著富集。
  • MBNLs 直接调节 ASD 相关微外显子的剪接:对小鼠脑源性儿茶酚胺能(CAD)神经元细胞系进行 RNA-seq 分析,发现 Mbnl1;Mbnl2 双敲低(DKD)后,ASD 风险基因集显著富集错配剪接事件,且 MBNL 直接调节 Ank2 miE 的剪接。
  • ASD 和 DM1 中 ANK2 微外显子的错配剪接:对比人类成年特发性 ASD 前额叶皮层和 DM1 患者的样本,发现二者存在共同错配剪接的基因和 AS 事件,如 ANK2 miE。MBNL 和 SRRM 蛋白对包括 Ank2 miE 在内的部分 miE 的剪接具有协同或补偿作用。
  • 行为表型研究:通过对 Dmpk-CTGexp KI 和 Mbnl2 KO 小鼠的行为学测试发现,二者均出现社交互动缺陷和对新奇事物反应改变的现象,表明 DMPK-CTGexp表达或 MBNL2 蛋白缺失会导致这些行为变化。

研究结论表明,DMPK-CUG 的表达及随后 MBNL 剪接因子的隔离,对 ASD 风险基因的发育剪接程序产生负面影响,导致小鼠出现社交互动缺陷和对新刺激的受限反应。这揭示了一种产生自闭症特质的新途径,为 ASD 的治疗开辟了新的方向。例如,一些针对 DM1 的治疗策略,如使用 tideglusib 等药物,可能通过纠正 ASD 风险基因的错配剪接来改善 ASD 症状。此外,研究还发现了 MBNL 和 SRRM 蛋白在调节 ASD 相关 miE 剪接中的重要作用,为进一步理解 ASD 的发病机制提供了理论依据 。这项研究成果不仅加深了人们对 ASD 和 DM1 分子机制的理解,更为未来开发针对 ASD 的治疗方法奠定了基础,具有重要的科学意义和临床应用价值。

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