发展性口吃致病基因的鉴定与功能机制研究

Developmental stuttering is a common speech disorder with familial aggregation in the occurrence, which accounts for about 1% of adults. Therefore, genetic factors might play an important role underlying developmental stuttering. To date, several genetic loci of developmental stuttering have been reported among western populations, but few pathogenic genes have been identified. In China, there lacks of systemic genetic research among Chinese population with developmental stuttering. In our previous study, we have collected several extended family-based samples with developmental stuttering and performed preliminary investigations on pathogenic genes. Herein, we focuse on Han Chinese with developmental stuttering and aim to systemically identify potential pathogenic genes through whole exome sequencing. Then, in vitro cultivated neuronal cells as well as knock-in and knock-out mice models will be applied to explore biological function of target genes. Additionally, the underlying mechanisms will be explored in both in vitro and in vivo models, by using RNA-seq, mass spectrum and co-immunoprecipitation. In conclusion, this study will provide systemic explanation for genetic etiology and pathogenesis of developmental stuttering among Chinese population through comprehensive analysis of data from genomic and proteomic level. It also contributes to establish the foundation for stuttering correction and therapeutics as well as for study of other speech disorder in the future.

发展性口吃是一种常见的言语障碍，占成年群体的1％左右，具有明显的家族聚集性。因此，遗传因素可能在发展性口吃中具有重要作用。目前，国际上已报道了数个与发展性口吃相关的遗传区域，但是对于口吃致病基因报道甚少。在国内，尚未针对中国人群的发展性口吃开展系统的遗传学研究。本课题组前期已收集多个发展性口吃大型家系样本，并完成了初步的致病基因研究。本项目拟以中国汉族发展性口吃人群为主要研究对象，采用全外显子组测序技术系统全面地鉴定发展性口吃潜在的致病基因；并通过体外培养神经元细胞及小鼠模型对已鉴定出的致病基因开展不同层面的功能研究；最后运用转录组测序、质谱、免疫共沉淀等技术手段探讨口吃相关基因致病的分子机制。综上，本项目将通过基因组、转录组、蛋白质组等不同层次信息的综合分析，系统地阐释中国人群发展性口吃的遗传学病因及其致病机制，为我国发展性口吃患者的矫正和治疗以及其它言语障碍的研究奠定理论基础。

项目背景：发展性口吃是最常见的口吃形式，有明显的家族聚集情况。以口吃家系为研究对象的致病基因定位与功能研究，将有助于加深人们对于口吃发病机理的认识。发展性口吃的遗传因素在不同人群中具有一定的差异，目前尚未见中国人群发展性口吃家系致病基因研究的任何报道。..主要研究内容：本项目拟采用全外显子组测序技术，系统深入的筛选及鉴定与发展性口吃相关的基因。我们一共对10个口吃家系和84例散发口吃病例的DNA 样本进行WES或一代测序，鉴定了候选的口吃相关变异和基因。..重要结果及关键数据：我们首先对一个中国口吃家系6名成员（0号家系，3名患者，3名对照）的DNA样本做了WES测序，发现了24个与口吃表型共分离的位点所在基因（IFNAR1和OR4C3等）。随后，我们结合另外9个口吃家系的测序结果分析，发现IFNAR1基因的两个错义变体（1655T>C和1282A>C）在三个独立的家系（0号、5号 和 9号）中与口吃表型共同分离。此外，我们对另84例散发患者进行WES或一代测序，结果提示有4名病例的DNA样本中有IFNAR1基因变异（902G>A 和 1002_1004delTCC）。为了进一步探究IFNAR1基因与口吃的发病机理，我们构建了上述IFNAR1的突变体（Lys428Gln，Leu552Pro，Gly301Glu和Pro335del）。通过双荧光素酶报告基因实验，我们证实IFNAR1突变可以影响IFN-beta刺激后IFN-gamma信号通路的激活。..科学意义：IFNAR1蛋白是干扰素受体的组成亚基之一。IFNAR能够与I型干扰素（干扰素α和β）结合，并激活JAK-STAT信号通路，参与炎症反应和抗病毒反应。新近发表于Cell上的一篇研究详细报道了IFN-beta/IFNAR信号通路异常与小鼠神经细胞自噬及神经退行性变的关系。证实了IFNAR1信号通路对神经系统具有保护作用。结合本项目中我们关于口吃样本的分析和细胞实验的研究结果，我们推测，IFNAR1的4个变异可能影响IFNAR1的正常功能，进而导致神经细胞的IFN-gamma信号通路激活障碍。我们的研究结果表明，IFNAR1可能是中国人群发展性口吃的潜在致病基因，对口吃的遗传性筛查以及口吃的矫正和治疗有潜在的重要意义。