UBE3A Hyperaktivitet som en drivkraft för neuroutvecklingssjukdomar
Abstrakt
UBE3A är en HECT (homolog till E6AP C-terminus) domän E3 ubiquitinligas som riktar sig mot substratproteiner för nedbrytning genom ubiquitin-proteasomvägen. De UBE3Agenen är av unikt intresse för sin gendosberoende effekt i den utvecklande hjärnan: Exakt radering eller nollmutation av moderns kopia av UBE3A orsakar en allvarlig intellektuell funktionsnedsättning som kallas Angelmans syndrom; under tiden är duplicering eller tredubbling av genregionen där UBE3A finns kopplad till en utbredd syndromisk form av autism som kallas Dup15q-syndrom. Lite är dock känt om effekterna av missense-varianter som orsakar en enda aminosyraförändring i enzymet, och förutsägelse av sjukdomsutfall för en given variant är fortfarande en utmaning. Här hävdar vi att att undersöka varianters effekter på UBE3A funktionella aktivitetsnivåer är avgörande för att förutsäga sjukdom. För att identifiera om exakta mutationer i UBE3A är tillräckliga för att driva sjukdom, utarbetade vi en högkapacitetsanalys för att screena den funktionella konsekvensen av UBE3A missense-varianter. Vi screenade över 150 varianter och identifierade distinkta funktionella klasser av UBE3A-mutanter baserat på deras effekt på enzymatisk aktivitet. Viktigt är att vi identifierade över ett dussin roman förstärkning av funktionvarianter som avvikande hyperaktiverar UBE3A-enzymaktivitet. Genom samarbeten med kliniska centra bekräftar vi att individer som hade hyperaktiverande UBE3A-varianter uppvisade fenotyper som kunde skiljas från Angelman. Möss som bar en specifik hyperaktiverande mutation på moderns allel uppvisade avvikande motoriska och tidiga kommunikationsdefekter, såväl som mikrocefali. Slutligen kartlade vi resultaten av vår skärm till UBE3A-proteinstrukturen för att avslöja en tidigare odefinierad allosterisk regulatorisk exosit inom den katalytiska domänen som vi visar fungera som en laddningsberoende regulator av enzymatisk aktivitet. Vi hittade ytterligare HECT-domänenzymer för att ha sjukdomsassocierade varianter inom sina exositer, vilket tyder på att exositdysfunktion är en vanlig mekanism som ligger bakom en uppsättning neuroutvecklingsstörningar. Tillsammans indikerar vår studie att överdriven UBE3A-aktivitet ökar risken för neuroutvecklingspatologi och tyder på att djup struktur-funktionell analys av proteinvarianter kan avslöja sjukdomsrelevanta regleringsmekanismer.
