Mbd5基因敲除小鼠的癲癇分子發病機制研究

項目摘要

癲癇是小兒神經系統常見的發作性疾病，遺傳因素是其重要的病因。大量臨床證據表明MBD5基因和癲癇高度相關，是其致病基因。但是MBD5基因在癲癇中的作用及機制尚不明確。MBD5和MeCP2基因同屬MBD家族，都通過甲基化抑制下游基因轉錄。MeCP2基因缺陷導致其下游基因BDNF轉錄水平增高，抑制性突觸傳遞減弱，神經元環路興奮/抑制失衡，癲癇發作。鑒此本研究提出假設，MBD5通過MeCP2類似的通路介導癲癇的發生。研究將利用Mbd5基因小鼠敲除模型，和在此基礎上構建的皮層興奮性/抑制性神經元Mbd5基因條件敲除模型，通過觀察各基因型小鼠自發性/聲音誘導性癲癇發作表型和腦電特徵、分析可能的下游基因BDNF的表達、膜片鉗記錄各基因型小鼠自發性及神經遞質誘導性突觸後電位的特徵、免疫螢光比較抑制性突觸及突觸後受體數量的變化來驗證假設。研究結果有助於揭示癲癇的分子發病機制，對臨床具有重要的指導意義。

結題摘要

MBD5是近年來發現的神經系統疾病2q23.1缺失/重複綜合徵的致病基因。患者表現為嚴重的智力、語言、發育的障礙及癲癇，臨床缺乏有效的藥物治療手段。目前對MBD5的功能及其表達異常與神經系統發育的關聯知之甚少，阻礙了臨床針對性治療手段的研發，病人預後差，家庭及社會醫療負擔重。因此本研究主要利用MBD5基因缺陷小鼠，一方面研究其癲癇相關的臨床和電生理表現，另一方面研究MBD5基因對神經系統發育相關基因調控機制，為將來臨床治療靶點的轉化研究提供理論基礎。通過行為學及腦電生理研究，未發現MBD5基因雜合缺陷小鼠存在癲癇發作及臨床下癇樣放電的現象。膜片鉗技術研究MBD5基因雜合缺陷小鼠體外胚胎細胞誘導的神經元細胞也未發現和癲癇相關的誘發電位，進一步證實MBD5基因雜合缺陷小鼠無癲癇相關臨床表型。Mbd5-/-小鼠由於嚴重的發育畸形及出生後斷奶期的致死性，在癲癇發作表型和電生理研究實施上存在局限性。利用RNAseq技術本項目對Mbd5-/-小鼠腦組織進行基因表達水平分析，發現多個調控細胞骨架及生殖細胞增殖的調控基因異常表達，尤其是和天使綜合症及PWS綜合症相關的印記基因表達的異常（Ube3a，Snurf，Peg3，Igf2）提示MBD5基因可能通過對早期神經系統發育相關基因的調控介導神經系統發育。在對上述異常轉錄基因的調控機制研究方面，通過轉錄不同MBD5isform的293T細胞及Mbd5-/-小鼠腦組織研究，發現MBD5基因具有調節細胞DNA甲基化的作用，但有趣的是選取RNAseq檢測發現的異常表達基因作為目的基因，研究其轉錄起始點DNA甲基化水平，並沒有發現MBD5基因缺陷導致目的基因轉錄起始部位甲基化異常，提示MBD5基因並不通過直接改變基因轉錄起始部位CpG島的甲基化發揮轉錄調節作用。研究進一步對Mbd5-/-小鼠腦組織的組蛋白進行研究，發現代表著基因表達激活狀態的H3K4Me3表達增加，而代表基因轉錄抑制狀態的H3K27Me3水平卻下降，提示MBD5基因可能通過組蛋白的甲基化修飾調控參與基因表達的調控。

Mbd5基因敲除小鼠的癲癇分子發病機制研究

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