OXR1基因的基因突变与大脑发育问题有关

在《基因组生物学》最近发表的一项研究中，研究人员调查了抗氧化 1 (OXR1) 基因中一种新型功能丧失突变对人脑细胞功能、神经发育和分子机制的影响。

背景

OXR1 是一个对于氧化应激抵抗至关重要的保守基因，因此在各种细胞过程和疾病中发挥着至关重要的作用。虽然 OXR1 不是 DNA 损伤的直接来源，但它间接影响 DNA 损伤反应系统、抗氧化过程和神经元保护。

尽管 OXR1 在广泛的生物过程中发挥作用及其与各种疾病的关联，但详细的分子机制，特别是其特定结构域在人类神经系统疾病中的结构和功能作用，在很大程度上仍未被探索和了解。

关于该研究

目前的研究涉及使用从人类患者获得的永生化淋巴母细胞系、感染 Epstein-Barr 病毒的对照系、成纤维细胞和骨肉瘤 U2OS 细胞进行的体外研究。

通过涉及过氧化氢 (H₂O₂) 暴露、流式细胞术和末端脱氧核苷酸转移酶 dUTP 缺口末端标记 (TUNEL) 染色的测定来探索细胞活力和凋亡。研究人员还测量了活性氧 (ROS)，并对基因组 DNA 中的 8-氧代二氢奎宁 (dG) 进行了高效液相色谱串联质谱 (HPLC-MS/MS) 分析，以评估氧化应激。

人类诱导多能干细胞(hiPSC) 由患者成纤维细胞产生并分化为神经细胞。脑类器官和区域特异性脑类器官的配制提供了一种研究 OXR1 突变对大脑发育影响的方法。免疫荧光染色、免疫标记分析、核糖核酸 (RNA) 测序和侧重于 OXR1 与其他蛋白质之间相互作用的邻近连接测定证实了这一点。

研究结果

在本研究中，探索 OXR1 缺陷的影响，表兄弟姐妹所生的三个姐妹从小就表现出发育迟缓、活动减退、认知问题和癫痫。临床检查期间报告了全身肌张力减退、反射减退、共济失调和非交流行为。此外，脑电图显示严重的癫痫样活动，而磁共振成像（MRI）扫描显示小脑和胼胝体变性。

OXR1 基因内的外显子组测序发现的纯合变异在更广泛的群体 DNA 数据库中不存在。该突变排除了 OXR1 内的外显子 18，这是支持蛋白质稳定性所必需的，尤其是其含有 TBC/LysM 相关结构域 (TLDc) 结构域的末端 C。

为了了解 OXR1 缺陷的功能后果，我们对患者和健康兄弟姐妹的淋巴母细胞系 (LB) 进行了研究。患者细胞表现出增殖减少、对氧化应激的敏感性增加以及细胞凋亡增加。

患者 DNA 中 8-氧鸟嘌呤水平升高表明 DNA 氧化损伤增强。此外，这些细胞表现出线粒体DNA突变频率增加和应激反应基因表达改变，从而凸显了OXR1在细胞生长、存活和氧化应激反应中的作用。

研究人员还从患者成纤维细胞中产生了 iPSC。这些缺乏 OXR1 的 iPSC 在神经分化方面表现出明显的缺陷，具有不规则的神经聚集形态、神经突生长减少和神经元标记物表达减少。

神经元分化过程中的转录组分析表明，OXR1 影响基因表达，对与小脑萎缩、自闭症谱系障碍和精神分裂症相关的基因有显着影响。通路分析表明 OXR1 缺陷细胞中的神经发育通路被破坏。

OXR1 还被发现与蛋白质精氨酸甲基转移酶 (PRMT) 相互作用，后者是基因表达的关键调节因子。OXR1 缺陷导致组蛋白精氨酸和赖氨酸甲基化受损，而这对神经发生至关重要。研究结果还表明，OXR1 TLDc 结构域对于刺激 PRMT5 催化的组蛋白甲基化至关重要，从而强调了其在神经发生过程中转录调节中的作用。

为了在更复杂的模型中模拟 OXR1 缺陷，开发了源自​​患者 iPSC 的人脑类器官。这些类器官表现出结构和发育异常，包括神经元分层延迟和特定大脑区域形成减少。OXR1 缺陷还被发现会破坏各种组蛋白修饰，从而影响早期大脑发育，特别是皮质和中脑区域。