【文献解读】神经特异性BAF亚基ACTL6B的丢失与诱发自闭症研究进展

          自闭症是一类复杂的神经发育障碍疾病，以社交障碍、刻板行为为主要特征，影响着世界上约1%的青少年。在自闭症的发病因素中，遗传因素占比80%，提示基因突变是自闭症的主要诱因。一项针对自闭症候选基因的全基因组测序发现，将近上百个候选基因的突变都会诱发自闭症的患病风险，其中最普遍的突变是哺乳动物SWI/SNF家族ATP依赖的染色质重塑复合物（BAF）。

          BAF复合物分布在核小体，是由十几个亚基组成的复合物，通过招募拓扑异构酶Ⅱ影响 DNA和组蛋白之间的相互作用，改变染色质的组成进而影响基因的表达。最近研究发现BAF亚基对神经元功能调节至关重要，敲除ACTL6B或者SS18L1损伤神经元树突的复杂性。
 

        本文研究人员通过全外显子测序对比近亲结婚的隐性自闭症患者和对照组，发现在隐性自闭症遗传中，只有nBAF复合物的ACTL6B亚基、CD36和清道夫受体在自闭症中发生显著的突变。进一步通过功能丧失的不耐受基因分析，发现只有ACTL6B的突变存在显著差异。而在对照组中并不存在这一显著的差异。
 

        为确定ACTL6B基因突变与自闭症之间的关系，研究人员通过在后代中表现出ACTL6B纯合子突变的6组家庭进行分析，发现父代基因具有ACTL6B杂合子突变而不表现出自闭症，但子代大概率出现ACTL6B纯合子突变并患上自闭症，显示出ACTL6B基因具有隐性遗传的特点。
 

        进一步研究人员将ACTL6B的突变株（ACTL6B L154F、ACTL6B T175P、ACTL6B G393等）转入HEK293T细胞系、人胚胎干细胞和Actl6b敲除鼠原代神经元，发现ACTL6B的突变降低ACTL6B的表达。通过CoIP实验发现，ACTL6B突变导致其与BAF亚基Smarca4之间的结合减少。提示ACTL6B的突变阻碍ACTL6B整合到nBAF复合物中，并促进ACTL6B的降解。
 

        研究人员通过静息态功能磁共振成像对ACTL6B自闭症患者的脑结构进行分析，发现与健康对照组相比，ACTL6B自闭症患者脑白质减少，并且出现胼胝体发育不全的现象。在Actl6b基因敲除鼠上进一步验证，发现相比于对照鼠或Actl6b^+/-鼠，Actl6b^-/-鼠胼胝体的厚度明显降低，但是皮质的厚度不受影响。
 

        研究人员接下来通过社会接触实验、三箱社交实验和刻板实验检测Actl6b敲除小鼠的自闭样行为。社会接触实验用7周的小鼠去接触4周的WT小鼠，发现随着Actl6b基因的缺失，小鼠的社会接触时间显著降低，表现出明显的社交逃避。但用玩具小鼠替换4周龄小鼠，接触时间并无显著差异。Actl6b敲除小鼠在三箱社交实验中也表现出明显的社交逃避行为，在刻板实验中表现出明显的重复行为，说明Actl6b敲除小鼠出现明显的自闭样行为。
 

        研究人员通过RNA测序（RNA-seq），发现在Actl6b^-/-神经元中发现503个基因表达显著上调，383个基因表达显著下调。基因共表达分析发现Actl6b^-/-神经元中即早基因转录因子Nr4a2和即早基因AP1家族成员Fosb和Jun等表达上调。
 

        研究人员通过染色质开放性测序（ATAC-seq）研究染色质重塑的活性和转录因子结合染色质的难易程度，位点分析发现神经元中敲除Actl6b促进AP1转录因子富集到染色质上，而抑制Hoxa3、Nfia、Mef2a等DNA结合蛋白结合到DNA上，和RNA-seq的结果相互印证。
 

        接着研究人员在Actl6b^-/-神经元和自闭症患者多功能干细胞诱导分化成为类脑器官上检测AP1等相关基因的mRNA表达变化，发现在Actl6b^-/-神经元Fos、Fosb、Fosl2等即早基因表达增加，在类脑器官检测中也发现自闭症患者JUN、FOS、FOSB、FOSL2基因表达显著上调。
 

        总的来说，本文通过自闭症患者的队列研究发现ACTL6B突变与自闭症发生密切相关，结合基因编辑技术、分子生物学、影像学、行为学和基因测序等技术，揭示了ACTL6B突变通过解除即早基因的抑制作用，促进AP1等蛋白的异常激活，进而诱发自闭症。
 

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