遺傳性痙攣性截癱（HSP）又稱家族性痙攣性截癱，是一種神經(jīng)系統(tǒng)退行性變性疾病。其病理改變主要是脊髓中雙側(cè)皮質(zhì)脊髓束的軸索變性或脫髓鞘，以胸段最重。

臨床表現(xiàn)為雙下肢肌張力增高，腱反射活躍亢進(jìn)，病理反射陽性，呈剪刀步態(tài)。2018年5月11日，中國國家衛(wèi)生健康委員會(huì)等5部門聯(lián)合制定了《第一批罕見病目錄》，遺傳性痙攣性截癱（HSP）被收錄其中。

2019年6月15日，南模生物斑馬魚平臺(tái)與福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科陳萬金與王檸教授團(tuán)隊(duì)合作在全球臨床神經(jīng)學(xué)頂級(jí)雜志《Brain》在線發(fā)表了題為“Stop-gain mutations in UBAP1 cause pure autosomal-dominant spastic paraplegia”的研究長文。

該研究不僅豐富了HSP致病基因譜，為基因診斷奠定了基礎(chǔ)；而且所發(fā)現(xiàn)的致病基因UBAP1編碼蛋白參與內(nèi)體轉(zhuǎn)運(yùn)裝置復(fù)合物I（ESCRT-I）的組成，其介導(dǎo)的核內(nèi)體相關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)障礙可導(dǎo)致多種神經(jīng)退行性疾�。ㄈ绨�爾茨海默病、帕金森病等），因此也為該類疾病的發(fā)病機(jī)制提供了新的線索。

Fig.1 4個(gè)常染體顯性的HSP家系中，發(fā)現(xiàn)了UBAP1基因的無義突變。

通過靶向測序作者首先在112個(gè)HSP家庭中，發(fā)現(xiàn)了74個(gè)家庭中含有能夠引起HSP的常見79個(gè)基因突變。為了更系統(tǒng)的尋找一些未知突變基因，作者通過家系四個(gè)病人（圖1A）的全外顯子測序并通過一定的標(biāo)準(zhǔn)篩選到5個(gè)能引起HSP的雜合突變基因：UBAP1 (c.247_248insGTGAATTC), ARMC12 (c.274C4T), CRISP2 (c.320G4C), ZNF735 (c.1010C4T), and DNAH1 (c.2391+5g4a)。

通過對(duì)（圖1B-D）HSP病人的全外顯子測序，發(fā)現(xiàn)只有UBAP1基因的突變同時(shí)出現(xiàn)在四個(gè)家系中, 并且都導(dǎo)致了UBAP1蛋白翻譯的提前終止。接著作者做了4個(gè)家系UBAP1基因位點(diǎn)的全測序，并進(jìn)行了共分離分析。

以上這些數(shù)據(jù)有力的證明了UBAP1基因4個(gè)位點(diǎn)的無義突變可能引起了常染色體顯性遺傳痙攣截癱(HSP)。

由于UBAP1基因在人，斑馬魚和小鼠中是保守的，因此作者希望通過斑馬魚和小鼠模式生物進(jìn)一步研究UBAP1基因在HSP發(fā)病過程中的生理功能。

Fig.2 hb9:GFP斑馬魚中ubap1基因生理功能的鑒定。

作者首先在南模生物構(gòu)建了ubap1基因的MO斑馬魚模型，I2E3-MO和ATG-MO。ubap1基因knockdown后，斑馬魚的形態(tài)異常，幼體運(yùn)動(dòng)能力減弱以及壽命縮短。

這些表型和SPAST， PNPLA6， GBA1等基因突變后引起的HSP表型是一致的。因此，作者推測ubap1基因的突變和遺傳性痙攣截癱有著直接的關(guān)系。

Fig.3 截?cái)嗟腢BAP1蛋白影響核內(nèi)體的形成和泛素化蛋白的合成但不改變和ESCRT-1復(fù)合物的結(jié)合。

作者接下來探究分子機(jī)制。以前的研究表明，UBAP1可以通過UMA 功能域和ESCRT-1復(fù)合物結(jié)合。作者通過CO-IP（蛋白質(zhì)免疫共沉淀），發(fā)現(xiàn)截?cái)嗟腢BAP1仍然可以和ESCRT-1復(fù)合物結(jié)合，且結(jié)合能力沒有降低。

根據(jù)以前的文獻(xiàn)報(bào)道，作者在HeLa細(xì)胞中過表達(dá)了UBAP1的完整形式和截?cái)嘈问剑�結(jié)果發(fā)現(xiàn)在過表達(dá)截?cái)嗟鞍椎募?xì)胞中核內(nèi)體形態(tài)異常，泛素化相關(guān)蛋白增加。

因此，作者得出結(jié)論，UBAP1可能對(duì)于核內(nèi)體的形成以及泛素相關(guān)蛋白的合成有著重要的作用。

Fig.4 小鼠皮層神經(jīng)元Ubap1基因的敲除引起核內(nèi)體的增大和泛素化相關(guān)蛋白的聚集從而促進(jìn)神經(jīng)元的凋亡。

接著，作者構(gòu)建了Ubap1的條件性敲除小鼠驗(yàn)證Ubap1基因的生理功能。通過和Cre小鼠交配，作者在皮層神經(jīng)元內(nèi)發(fā)現(xiàn)了初始核內(nèi)體的聚集以及泛素化相關(guān)蛋白胞漿內(nèi)的高表達(dá)，這和在Hela細(xì)胞中觀察到的結(jié)果是一致的。

并且作者發(fā)現(xiàn)，在Ubap1敲除的神經(jīng)元軸突區(qū)域，發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)元凋亡的病理特征。

緊接著作者在Ubap1敲除的皮層神經(jīng)元中檢測了標(biāo)識(shí)凋亡信號(hào)的相關(guān)蛋白，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在Ubap1敲除的皮層神經(jīng)元中凋亡比率大大增加。

Fig.5 完整形式的UBAP1可以rescue皮層神經(jīng)元由于缺失Ubap1而造成的表型。

最后作者通過rescue實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證UBAP1蛋白的結(jié)構(gòu)功能域。結(jié)果表明，只有UBAP1的完整形式能夠rescue 皮層神經(jīng)元Uabp1基因缺失造成的表型，缺少HDP-PTP結(jié)合域或者SOUBA功能域的截?cái)嘈问讲荒躵escue 皮層神經(jīng)元Uabp1基因缺失造成的表型。

這些結(jié)果表明在哺乳動(dòng)物神經(jīng)元中，UBAP1的HDP-PTP結(jié)合域和SOUBA的功能域在調(diào)控核內(nèi)體的形成和泛素化相關(guān)蛋白的合成方面起著重要的作用。

綜上，文中單位作者通過斑馬魚和小鼠等模式生物證明了UBAP1單基因功能缺失可導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元發(fā)育異常，進(jìn)而導(dǎo)致人類遺傳性痙攣性截癱（HSP）。

掃描下方二維碼，了解更多模式動(dòng)物資訊！