PAK2在神经发育障碍疾病中的机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31571301
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0604.表型、行为与疾病的遗传学基础
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Neurodevelopmental retardation, the common clinical manifestation shared by intellectual disability (ID), autism spectrum disorders (ASD), epileptic encephalopathy (EE), and schizophrenia (SCZ), displays a vital impact on children's health. Large samples-based linkage analysis indicate that a 1.6Mb deletion in chromosome 3 (3q29 microdeletion), encompassing serine/threonine protein kinase PAK2 gene, is related to mental retardation or microcephaly; however, the role of PAK2 in 3q29 microdeletion is not well-established. Through whole Trio-based exome sequencing, we identified a de novo nonsense mutation (C1435T) in PAK2 in one proband with ASD. In addition, another three missense mutations in PAK2 were identified from previous case-control studies. Overexpression of human PAK2 with the nonsense mutation in several cell lines consistently reduced the level of phosphorylation of c-Abl and expression of MAPKAP5, but had no effect in cell apoptosis pathway. As c-Abl and MAPKAP5 are key regulators in cytoskeleton remodeling and F-actin polymerization, our preliminary works suggest that PAK2 may affect function in cytoskeleton and cell adhesion instead of apoptotic pathway to regulate neural development. Given the fact that developmental delays and intellectual retardation are the common clinical symptoms of autism and mental retardation, we hypothesized that PAK2 may be involve in the pathogenesis of these diseases by regulating brain development. In this application, we will establish both PAK2 nonsense mutation cell model and mouse model by CRISPRs/Cas9 system. By employing the genetic disrupted cell line and animal model, we will investigate whether PAK2 could participate in the regulation of brain development by controlling the cytoskeleton and focal adhesion pathway, and determine whether the disruption of PAK2 gene could result in brain malformation and dysfunction through the above mechanisms at molecular, neuronal, and behavioral level. The implement of this project will provide a foundation for the pathogenesis of these neurodevelopmental disorders.
神经发育障碍是智力缺陷(ID)、自闭症谱系障碍(ASD)、癫痫、精神分裂症共有的病理基础,严重影响儿童健康。GWAS分析显示染色体3q29区缺失PAK2与ID相关,但PAK2影响神经发育和智力水平的机制尚不清楚。通过全外显子和大规模ASD样品扫描分析,我们在ASD患者中鉴定出PAK2新生无义突变(C1435T)和3个错义突变,提示PAK2可能是ID和ASD的共病基因。在细胞中过表达PAK2-C1435T可降低c-Abl磷酸化(参与细胞骨架重排)水平和MAPKAP5(调节F-肌动蛋白聚合)表达,但不影响细胞凋亡。据此,我们推测PAK2可能通过影响细胞骨架和粘附等调控神经发育,参与疾病进程。在本项目中我们拟运用CRISPRs系统建立PAK2-C1435T细胞和小鼠模型,从分子生化、形态结构、行为学等层次确定PAK2在神经发育障碍疾病中的调控机制,以期为此类疾病发病的分子机制提供新证据。

结项摘要

自闭症谱系障碍(简称自闭症)是一类复杂的神经发育障碍性疾病的统称,具有很高的遗传性和异质性。在数以百计的自闭症基因中,只有少数基因的致病机制得以阐述,这使自闭症遗传学研究和临床诊断治疗之间存在巨大鸿沟。PAK2 蛋白是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族成员,参与细胞骨架重排等重要的生物学过程。然而,目前尚缺乏PAK2参与神经发育和相关行为的证据。本项目通过对自闭症患儿进行大规模测序分析后发现了一个位于PAK2激酶结构域的新生无义突变位点(C1435T)。在小鼠中, Pak2 基因缺失会导致神经元突触密度降低,突触可塑性受损以及自闭症样行为。在分子机制方面,我们发现调控肌动蛋白的关键分子LIMK1和Cofilin磷酸化水平以及这些分子调控的肌动蛋白聚合水平在PAK2杂合小鼠海马和皮层中显著下降。PAK2缺失还可广泛地干扰多个与自闭症相关的功能网路,提示PAK2/LIMK1/CFL调控的突触细胞骨架是自闭症相关基因突变后共同影响的通路。综上,本项目从分子、形态、行为和遗传等多个水平确定了PAK2在脑发育中的重要功能,并阐明了其在自闭症发病中的内在分子机制,这为自闭症的精准诊断和治疗提供了实验依据。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The biological basis of sexual orientation: How hormonal, genetic, and environmental factors influence to whom we are sexually attracted
性取向的生物学基础:荷尔蒙、遗传和环境因素如何影响我们对谁的性吸引
  • DOI:
    10.1016/j.yfrne.2019.100798
  • 发表时间:
    2019-10-01
  • 期刊:
    FRONTIERS IN NEUROENDOCRINOLOGY
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Wang,Yan;Wu,Haodo;Sun,Zhong Sheng
  • 通讯作者:
    Sun,Zhong Sheng
Presence of the pregnant partner regulates microRNA-30a and BDNF levels and protects male mice from social defeat-induced abnormal behaviors
怀孕伴侣的存在调节 microRNA-30a 和 BDNF 水平并保护雄性小鼠免受社交失败引起的异常行为
  • DOI:
    10.1016/j.neuropharm.2019.03.032
  • 发表时间:
    2019-11-15
  • 期刊:
    NEUROPHARMACOLOGY
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Miao, Zhuang;Zhang, Jianghong;Wang, Yan
  • 通讯作者:
    Wang, Yan
Co-expression Network of mRNAs and lncRNAs Regulated by Stress-Linked Behavioral Assays
由压力相关行为测定调节的 mRNA 和 lncRNA 共表达网络。
  • DOI:
    10.1007/s00213-019-05390-1
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    Psychopharmacology
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Zhang Jianghong;Xue Meiying;Mei Yue;Li Zhigang;Ceng Zeng;Li Yuanyuan;Zhang Yi;Li Na;Teng Huajing;Sun Zhong Sheng;Wang Yan
  • 通讯作者:
    Wang Yan
Genetic evidence of gender difference in autism spectrum disorder supports the female-protective effect
自闭症谱系障碍性别差异的遗传证据支持女性保护作用
  • DOI:
    10.1038/s41398-020-0699-8
  • 发表时间:
    2020-01-15
  • 期刊:
    TRANSLATIONAL PSYCHIATRY
  • 影响因子:
    6.8
  • 作者:
    Zhang, Yi;Li, Na;Sun, Zhongsheng
  • 通讯作者:
    Sun, Zhongsheng
A comparative study of the genetic components of three subcategories of autism spectrum disorder
自闭症谱系障碍三个亚类遗传成分的比较研究
  • DOI:
    10.1038/s41380-018-0081-x
  • 发表时间:
    2019-11-01
  • 期刊:
    MOLECULAR PSYCHIATRY
  • 影响因子:
    11
  • 作者:
    Li, Jinchen;Hu, Shanshan;Sun, Zhongsheng
  • 通讯作者:
    Sun, Zhongsheng

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其他文献

中国人群散发性肌萎缩侧索硬化SETX基因突变筛查
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中华医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张航;梁加龙;陈思宇;王占军;杨飞;崔芳;任雨婷;刘文秀;孙中生;黄旭升
  • 通讯作者:
    黄旭升

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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