《遺傳性痙攣性截癱新致病基因FARS2的鑑定及致病機制研究》是依託西安交通大學，由楊穎擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：遺傳性痙攣性截癱新致病基因FARS2的鑑定及致病機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊穎
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
遺傳性痙攣性截癱HSP是一組較罕見的具有高度臨床和遺傳異質性的神經退行性疾病。在前期研究中，我們已在一HSP的近親家系中鑑定出一新的致病基因FARS2，編碼苯丙氨醯tRNA-合成酶mtPheRS，體外的mtPheRS蛋白的氨醯化活力測定中發現，c.424G＞T (p.D142Y)變異位點可嚴重破壞mtPheRS的酶活力。本項目擬通過患者皮膚成纖維細胞的培養來檢測FARS2變異位點對於細胞的生長發育、線粒體功能等方面的影響，同時擬採用CRISPR/Cas9基因編輯技術構建FARS2基因定點突變的大鼠動物模型，檢測突變大鼠體內FARS2的表達與定位、中樞神經系統的發育、線粒體呼吸鏈、 mtPheRS酶的活力、胺基酸代謝及大鼠的運動功能等，從而在個體水平、細胞水平和動物模型水平來綜合評價FARS2的致病性。本項目的深入研究將為揭示FARS2與人類疾病的的關係及HSP的致病機制提供可靠的科學依據。
結題摘要
遺傳性痙攣性截癱是一類遺傳和臨床高度異質性的神經退行性疾病。臨床特徵以雙下肢的痙攣性截癱為主，迄今已有超過60個相關基因被鑑定和分離。致病機制涉及線粒體代謝，脂質代謝，髓鞘形成，高爾基體及內質網的形成等等。本研究在一遺傳性痙攣性截癱的近親家系中分離和鑑定了一新的致病基因FARS2，編碼苯丙氨醯tRNA合成酶。家系驗證結果顯示c.424G＞T(p.D142Y)的變異位點在家系中共分離，符合常染色體隱性遺傳規律。之後我們課題組採用CRISPR/Cas9基因編輯技術成功構建了FARS2基因定點突變的大鼠模型，通過免疫組化實驗，明確了FARS2基因高表達在高耗能的中樞神經系統中，且與線粒體的特異性抗體共表達。通過在野生型，雜合型和純合型大鼠中的比對研究，發現FARS2蛋白在純合型大鼠模型中的表達量較野生型有所降低。WerternBlot結果與其保持一直。線粒體相關功能實驗測定顯示，在在三組大鼠中，ATP及乳酸含量的測定結果顯示在純合型大鼠中，ATP含量顯著低於野生組，乳酸含量顯著高於野生組，且純合型大鼠的線粒體呼吸鏈複合物I、II、III、IV的酶學活性均顯著低於野生組，提示FARS2基因的點突變影響了線粒體的能量代謝。進一步的大鼠行為學測定發現純合型大鼠表現出爬行姿勢異常，包括頸部偏向一側、不停轉圈爬行、後肢疑似癱瘓等現象。在強迫游泳實驗中，純合型大鼠表現出比野生型較差的四肢及尾部協調性以及運動效能。同時在瞬轉的細胞系中，線粒體的功能也受損，結果與模式動物保持一致。本研究在個體水平、細胞水平及動物水平共同揭示了FARS2基因的點突變的致病性，推測其可能通過影響了線粒體的能量代謝，進一步影響了中樞神經系統的功能，進而引發了痙攣性截癱的臨床表型。為深入揭示FARS2基因的致病機制及下一步的基因治療奠定了基礎。
