孤独症发病相关基因NRXN的表达调控机制研究

Childhood Autism is a serious infancy neurodevelopmental disorders and the prevalence is gradually rising. Its cause has not yet been fully elucidated, interaction of genetic and environmental factors may be the main reason. Hundreds of autism-related genes have been found so far, many of which are related to neuronal development and synaptic function. NRXN genes are among them. NRXN is a family of three separate genes, each of which has two independent gene promoters. The proteins encoded by NRXN present in the presynaptic membrane and the interaction of them and postsynaptic membrane surface molecules contributes to synaptic formation, signal transduction, and other functions. Multiple laboratories reported the findings of NRXN gene variations in a small number of children with autism. some variation occurs in the vicinity of the gene transcription start site, or other non-coding regions. Genome-wide association analysis also suggests NRXN genes associated with autism. We plan to study the mechanism of each promotor of six NRXN transcripts and the 5' untranslated region in regulating gene expression at both transcriptional and translational level, and will also study the impact of gene variations at non-coding region of the gene on NRXN expression and possible mechanisms. We are hoping to help resolve NRXN’s role in development of autism and clarify the pathogenesis of autism.

儿童孤独症是婴幼儿期的一种严重的神经发育障碍性疾病，患病率逐年上升，病因未明，遗传与环境因素的共同作用可能为最主要的原因。迄今已发现数百个孤独症相关基因,许多与神经元发育以及神经突触功能有关，NRXN基因位列其中。NRXN是一个有三个独立的基因组成的家族，每个基因又有2个独立的启动子，其编码的蛋白质存在于突触前膜而参与突触形成、信号传导等功能。已有多个实验室在少数孤独症患儿发现NRXN基因的异常，有些变异发生于基因转录起始点附近或其它非编码区。全基因组基因关联分析也提示NRXN基因与孤独症发生有关联，我们拟对NRXN基因的六个启动子和六个mRNA的5’非翻译区调控NRXN基因转录和转录后翻译的机制进行深入研究，同时还将研究已发现的非编码区变异对基因表达的影响及可能的机制，以阐明NRXN基因在转录水平和翻译水平调控表达的机制，希望能有助于解析NRXN在孤独症中的作用和阐明孤独症的发病机制。

神经突触是一种将数十亿神经元相互联通，并将信息从突触前神经元传递到突触后神经元的特殊结构。在构成神经突触的多种蛋白质分子中，横跨突触的细胞黏附分子被认为是组织突触形成和协调突触功能的最重要的分子之一。神经细胞黏附分子种类的多样性也被认为是神经突触的可塑性及神经环路特异性的分子基础之一。Neurexins是一组由NRXN基因编码的定位于突触前膜的黏附分子，在介导突触可塑性和化学突触成熟中具有重要的作用。已有报告显示其基因结构和功能的异常与孤独症等神经精神疾病的发病密切相关。哺乳动物基因组包含三个NRXN基因(NRXN1、NRXN2和NRXN3)。虽然neurexins的功能对于突触的形成和传递具有重要作用，但以往对其表达调控机制的研究主要集中在转录后的剪接调控上，对其他类型的表达调控知之甚少。本项研究主要从以下三个方面对NRXN基因的表达调控机制进行了一定程度的研究。第一是对NRXN基因的mRNA的5撇非翻译区在调控蛋白质翻译和表达中的作用和机制进行了研究。第二是对NRXN基因是否有未被发现的新的转录本和启动子进行了研究。第三是对决定和驱使NRXN基因能否转录及转录活性的启动子的结构和功能进行了研究。我们的研究取得了以下多个方面的成果。第一是发现了α-NRXN2基因mRNA的5撇非翻译区具有抑制自身蛋白质翻译的作用并阐明了其作用的机制。第二是发现一个新的NRXN3基因的转录本及对应的新的启动子。第三是发现了β-NRXN2基因mRNA的5撇非翻译区同样具有抑制自身蛋白质翻译的作用并阐明了其作用的机制。第四是分别定义了α-NRXN1、β-NRXN1、α-NRXN2基因的最小启动子区域，发现了一些具有重要作用的核心启动子元件和上游基因转录的顺式调控原件。这些研究成果的重要意义在于对于形成神经突触可塑性和突触特异性的分子机制，提出来一种新的解释，即神经突触粘附分子的种类的多样性不单是由多种选择性剪接导致，更多的选择性启动子的应用也是机制之一，除了分子种类的多样性，可调控的分子数量的多样性也是突触特异性的分子基础之一。