UBE3A-Hyperaktivität als Treiber neurologischer Entwicklungsstörungen
Abstrakt
UBE3A ist eine E6-Ubiquitinligase der HECT-Domäne (homolog zum C-Terminus von E3AP), die auf Substratproteine für den Abbau über den Ubiquitin-Proteasom-Weg abzielt. Das UBE3AGen ist von einzigartigem Interesse wegen seiner von der Gendosis abhängigen Wirkung im sich entwickelnden Gehirn: Präzise Deletion oder Nullmutation der mütterlichen Kopie von UBE3A verursacht eine schwere geistige Behinderung, die als Angelman-Syndrom bekannt ist; Unterdessen ist die Duplikation oder Verdreifachung der Genregion, in der sich UBE3A befindet, mit einer weit verbreiteten syndromalen Form von Autismus verbunden, die als Dup15q-Syndrom bekannt ist. Allerdings ist wenig über die Auswirkungen von Missense-Varianten bekannt, die eine einzelne Aminosäureänderung im Enzym verursachen, und die Vorhersage von Krankheitsergebnissen für eine bestimmte Variante bleibt eine Herausforderung. Hier stellen wir fest, dass die Untersuchung der Auswirkungen von Varianten auf die funktionellen Aktivitätsniveaus von UBE3A für die Vorhersage von Krankheiten von entscheidender Bedeutung ist. Um festzustellen, ob präzise Mutationen in UBE3A ausreichen, um Krankheiten anzutreiben, haben wir einen Hochdurchsatz-Assay entwickelt, um die funktionellen Folgen von UBE3A-Mißense-Varianten zu untersuchen. Wir haben über 150 Varianten gescreent und verschiedene funktionelle Klassen von UBE3A-Mutanten basierend auf ihrer Wirkung auf die enzymatische Aktivität identifiziert. Wichtig ist, dass wir über ein Dutzend Romane identifiziert haben FunktionsgewinnVarianten, die die UBE3A-Enzymaktivität abweichend hyperaktivieren. Durch die Zusammenarbeit mit klinischen Zentren bestätigen wir, dass Personen mit hyperaktivierenden UBE3A-Varianten Phänotypen aufwiesen, die von Angelman unterscheidbar waren. Mäuse, die eine spezifische hyperaktivierende Mutation auf dem mütterlichen Allel trugen, zeigten aberrante motorische und frühe Kommunikationsdefekte sowie Mikrozephalie. Schließlich haben wir die Ergebnisse unseres Screens der UBE3A-Proteinstruktur zugeordnet, um eine zuvor undefinierte allosterische regulatorische Exosite innerhalb der katalytischen Domäne aufzudecken, von der wir zeigen, dass sie als ladungsabhängiger Regulator der enzymatischen Aktivität fungiert. Wir fanden heraus, dass weitere Enzyme der HECT-Domäne krankheitsassoziierte Varianten innerhalb ihrer Exosites besitzen, was darauf hindeutet, dass Exosite-Dysfunktion ein gemeinsamer Mechanismus ist, der einer Reihe von neurologischen Entwicklungsstörungen zugrunde liegt. Zusammengenommen weist unsere Studie darauf hin, dass eine übermäßige UBE3A-Aktivität das Risiko für eine neurologische Entwicklungspathologie erhöht, und legt nahe, dass eine tiefe Struktur-Funktionsanalyse von Proteinvarianten krankheitsrelevante Regulationsmechanismen aufdecken kann.
