的分子和行為後果 宇部3a 小鼠基因過量
3抽象
染色體 15q11.2–q13.1 重複綜合徵（Dup15q 綜合徵）是一種嚴重的神經發育障礙，其特徵是智力障礙、運動協調障礙和自閉症譜系障礙。 染色體的增殖 UBE3A 基因被認為是 Dup15q 病理生理學的主要驅動因素，因為 UBE3A 在神經元中表現出母體單等位基因表達，並且母體重複通常會產生比父系重複更嚴重的神經發育結果。 然而，對小鼠 UBE3A 過表達的致病作用的研究產生了相互矛盾的結果。 在這裡，我們調查了神經發育的影響 宇部3a 使用基於細菌人工染色體的轉基因小鼠模型研究基因過量（宇部3aOE）概括了增加的 宇部3a 在 Dup15q 中最常觀察到的拷貝數。 與之前發布的相比 宇部3a 過度表達模型， 宇部3aOE 儘管在癲癇發作時死亡率增加，但小鼠在許多分子和行為指標上與野生型對照沒有區別，這種表型讓人聯想到癲癇突然意外死亡。 總的來說，我們的數據支持一個模型，其中病原體之間的協同作用 UBE3A 和其他過度表達的 15q11.2–q13.1 基因是 Dup15q 綜合徵表型完全外顯所必需的。
介紹
人類染色體 15q11.2–q13.1 極易受到導致神經系統疾病的結構異常的影響（1 - 5). 部分源自 GOLGA8 基因重複的重複序列簇導致跨越該區域的 5 個不同斷點位點 (BP1–BP5) 的存在（6 - 11). 這些斷點增加了減數分裂期間同源重組的風險，導致 15q11.2–q13.1 的缺失或重複（4, 6, 11, 12).
基因組印記是不同 15q11.2–q13.1 基因單等位基因、親本特異性表達的基礎。 因此，父親和母親的 15q11.2–q13.1 缺失會產生不同的病理生理學，進而分別導致 Prader-Willi 和 Angelman 綜合徵（13, 14). 同一區域的母體重複被認為是一種稱為 Dup15q 綜合徵的神經精神疾病的病因。11, 15). Dup15q 綜合徵在臨床上被定義為中度至重度智力障礙、運動協調受損和自閉症譜系障礙 (ASD)（16 - 18). 一些患者可能出現間質重複，這種情況稱為 15q11.2–q13.1 三體性。 然而，在大多數複製事件中，BP1-BP3 重組導致 15q11.2-q13.1 區域 [idic(15)] 的等雙著絲粒三倍體，產生 15 號額外染色體或 15q11.2-q13.1 .XNUMX 四體症（11, 19). Dup15q 綜合徵病理嚴重程度與 15q11.2–q13.1 拷貝數成比例增加，這意味著 idic(15) 個體通常比具有間質重複的個體具有更嚴重的症狀（16, 19).
闡明特定基因對 Dup15q 綜合徵的病理生理學貢獻的努力集中在 UBE3A (20 - 22). 在 15q11.2–q13.1 區域的所有基因中， UBE3A 單獨表現出細胞類型特異性的母體單等位基因表達。 父親的 UBE3A 等位基因在成熟神經元中沉默，留下母體 UBE3A 作為這些細胞中 UBE3A 蛋白的唯一來源（23 - 25). 因此，神經元 UBE3A 過量是母系遺傳的 15q11.2–q13.1 重複所特有的，與父繫起源的相比，其產生的神經發育表型要嚴重得多。11, 15, 26). 此外，受限的母系遺傳 UBE3A 基因複制與單個家庭多個成員的發育遲緩和神經精神表型有關； 具有相同突變的父系遺傳的家庭成員不受影響（27). 這些發現將鏡頭聚焦在 UBE3A 基因重複是 Dup15q 綜合徵疾病病理學的主要驅動因素。
UBE3A 編碼參與泛素介導的蛋白質周轉的 HECT E3 泛素連接酶（28, 29). 人們普遍認為，UBE3A 控制其蛋白質底物豐度的能力對於預防疾病至關重要（30, 31). UBE3A 也與轉錄共激活密切相關（32 - 35)，另一個可能對維持細胞穩態至關重要的功能。 儘管 UBE3A 缺乏無疑會導致 Angelman 綜合症（14), UBE3A 過度表達與 Dup15q 綜合徵表型之間的因果關係已被證明是難以捉摸的。 不僅是臨床證據 UBE3A 微複製稀疏（27), 但對小鼠模型中 UBE3A 過度表達的後果的研究也是矛盾的。 2009 年，Nakatani 及其同事報告了攜帶 7 號染色體重複的小鼠，即小鼠的同線 15q11.2–q13.1 區域。 令人驚訝的是，在這項研究中，是具有父系重複的小鼠表現出 ASD 樣表型。 具有母體複製的小鼠沒有表現出明顯的行為異常，這挑戰了基於母體遺傳 Dup15q 綜合徵的預期（36). 在後來的研究中，各個小組只關注 UBE3A 的過度表達。 這些努力產生了新型轉基因小鼠，這些小鼠顯示出讓人聯想到 Dup15q 綜合徵病理學的表型（20 - 22). 然而，這些模型固有的設計特點——過於誇張 宇部3a 拷貝數（21, 22), 轉基因等位基因的純合子遺傳 (20, 22), 限制性 UBE3A 異構體表示 (21), 以及功能改變蛋白標籤的結合 (20 - 22) — 混淆了對其與 Dup15q 綜合徵的病理生理學相關性的解釋。
在這項研究中，我們描述了用於建模 UBE3A 過量的轉基因小鼠，因為它很可能發生在 Dup15q 綜合徵中。 我們的模型優先考慮與疾病相關的過量 宇部3a 基因拷貝、具有酶活性的 UBE3A 亞型的完整表現，以及大腦中內源性 UBE3A 表達模式的忠實再現。 通過嚴格測試這些小鼠在 UBE3A 敏感和 Dup15q 相關行為測定中的基因表達、突觸生理學和性能變化，我們從改進的結構有效性的角度重新審視了 UBE3A 對 Dup15q 綜合徵病理生理學的貢獻。
