中南大学潘永诚/唐北沙等发现导致神经元核内包涵体病的潜在新机理

NOTCH2NLC 内GGC重复扩增已被确定为神经元核内包涵体病(NIID)的遗传原因。

2022年11月23日，中南大学潘永诚、唐北沙及埃默里大学金鹏共同通讯在Science Advances（IF=15）在线发表题为“Expression of expanded GGC repeats within NOTCH2NLC causes behavioral deficits and neurodegeneration in a mouse model of neuronal intranuclear inclusion disease”的研究论文，该研究表明NOTCH2NLC 中扩大GGC重复表达导致神经元核内包涵体病小鼠模型的行为缺陷和神经退行性变。为了了解NIID的分子发病机制，本研究建立了转基因小鼠模型和人神经祖细胞(hNPCs)模型。带有扩大GGC重复序列的NOTCH2NLC的表达产生广泛的核内和核周聚甘氨酸(polyG)、聚丙氨酸(polyA)和聚精氨酸(polyR)包涵体，导致行为障碍和严重的神经变性，这近似地模拟了与NIID相关的临床和病理特征。

在NIID小鼠和hNPC模型之间发现了保守的选择性剪接事件，其中包括hnRNPM的结合基元的富集，hnRNPM是一种被称为选择性剪接调控因子的RNA结合蛋白。扩增后的NOTCH2NLC-polyG和NOTCH2NLC-polyA可与hnRNPM相互作用并隔离，过表达hnRNPM可改善细胞毒性。这些结果提示，hnRNPM功能障碍可能在NIID的分子发病机制中发挥重要作用。

CGG重复序列多态性在人类基因组中比目前所知的更为普遍，它们可能在神经发育和神经退行性疾病中都有作用。除了与脆性X综合征相关的FMR1位点上的聚合性CGG重复扩增外，一些症状重叠、病理特征相似的神经肌肉和神经退行性疾病最近被证实是由不同位点上的CGG重复扩增引起的。其中，神经元核内包涵体病(NIID)，这是一种罕见的神经退行性疾病，特征是在神经系统和多个内脏器官中广泛存在核内包涵体，由三个独立的研究小组发现是由人类特异性NOTCH2NLC基因5 '非翻译区(5 ' UTR)的GGC重复序列扩大引起的。此外，在越来越多的神经退行性和神经肌肉疾病中发现了同样的突变，包括原发性震颤、阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩性侧索硬化症(ALS)、额颞叶痴呆、脑白质病、多系统萎缩和眼咽远端肌病3型。

NOTCH2NLC 属于三个NOTCH2 N端样(NOTCH2NL)平行链(NOTCH2NLA, NOTCH2NLB和NOTCH2NLC)之一，它们只在人类基因组中发现。在进化上，NOTCH2NL基因来源于NOTCH2的基因复制和基因转换，并仅在人类物种的皮层神经发生中起作用。遗传分析表明，NOTCH2NLC中致病GGC重复的范围约为60 ~ 500。根据发病年龄，NIID可分为婴儿、青少年和成人三个亚组。到目前为止，在青少年和成人NIID中都报道了NOTCH2NLC中扩大的GGC重复。在临床上，NIID的表现高度异质性，可能包括痴呆、肌肉无力、周围神经病变、小脑性共济失调、帕金森症、癫痫和脑病发作。免疫组织化学上，NIID核内嗜酸性包涵体p62和泛素阳性。虽然这些在患者组织中的发现为发病机制提供了重要线索，但由于缺乏遗传模型，其潜在的分子机制尚不清楚。

NOTCH2NLC-(GGC)98的表达导致小鼠肌肉变性（图源自Science Advances ）

该研究报道了第一个表达NOTCH2NLC基因外显子1的转基因小鼠模型，分别从对照组和NIID患者的基因组DNA中克隆了正常GGC重复序列(17个GGC重复序列)和扩展GGC重复序列(98个GGC重复序列)。该研究发现NOTCH2NLC中的GGC重复扩增通过AUG依赖的翻译产生多个多肽[含蛋白质的聚甘氨酸(polyG)、聚丙氨酸(polyA)或聚精氨酸(polyR)]，这些多肽一起可能导致神经元毒性。

NOTCH2NLC-(GGC)98小鼠表现出严重的神经退行性变、运动功能障碍和认知障碍，真实地再现了与NIID相关的临床和病理特征。基因表达谱显示NOTCH2NLC小鼠模型不同大脑区域的多条通路发生改变，包括前额叶皮层、小脑和海马体。作者进一步从NIID患者中建立人诱导多能干细胞(iPSCs)，并将其分化为神经祖细胞(NPCs)。还对NPCs进行了基因表达谱分析，并将其与NOTCH2NLC小鼠模型进行了比较。

该研究发现了人类NPCs (hNPCs)和小鼠模型共享的选择性剪接(AS)事件的重叠模式。在AS位点中，基序分析显示异质性核糖核蛋白M (hnRNPM)的RNA结合基序富集。从机理上看，hnRNPM可以与NOTCH2NLC-polyG和NOTCH2NLC-polyA结合，并被隔离到包含NOTCH2NLC-polyG和NOTCH2NLC-polyA的包裹体中。此外，过表达hnRNPM可以改善NOTCH2NLC内GGC重复扩增引起的细胞毒性。这些结果表明，hnRNPM介导的调控功能障碍可能在NIID的分子发病机制中发挥重要作用。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add6391

转自：“iNature”微信公众号

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