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EMBO Mol Med | 模式动物研究所万国强团队发现Cingulin基因突变引起遗传性耳聋的机制
学术前沿 2023 2023-09-11 1714 返回

       非综合征型听力损失(NSHL)是最常见的遗传性感觉障碍,超过50%的先天性耳聋与遗传缺陷有关。虽然目前已经鉴定出100多个耳聋基因,但大量遗传性耳聋患者的病因和病理机制仍不清楚。2023年9月11日,南京大学医学院模式动物研究所和附属鼓楼医院耳鼻咽喉头颈外科联合团队在国际学术期刊EMBO Molecular Medicine上发表了题为“Cingulin regulates hair cell cuticular plate morphology and is required for hearing in human and mouse”的研究成果。基于一个常染色体显性遗传的中国耳聋家系,研究人员发现了一个新的耳聋基因——Cingulin(CGN)并揭示了其潜在的致聋机制,该研究拓宽了临床耳聋基因的筛查列表,同时也为该家系的遗传咨询、产前诊断及优生优育提供了重要依据。


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CGN是一种细胞骨架相关蛋白,是脊椎动物上皮细胞紧密连接的重要组成部分;然而,CGN在听觉系统中的生理功能尚不清楚,也尚未发现CGN突变与包括耳聋在内的人类疾病相关。研究人员临床发现了一个中国常染色体显性遗传耳聋NSHL(ADNSHL)家系,并通过外显子组测序和连锁分析发现所有受影响的个体在CGN基因第20个外显子上均携带一个碱基缺失突变(c.3330delG, p.L1110Lfs*17)。为了找出该家系CGN突变的致聋机制,研究人员首先在体外利用瞬时过表达的方式,对比了野生及突变CGN蛋白的表达模式,并发现与野生相比,突变CGN蛋白表达水平显著降低,且残余表达的突变蛋白出现了异常的细胞定位,说明突变导致CGN蛋白的降解和定位异常。


在正常小鼠中,CGN富集于听觉毛细胞的表皮板(cuticular plate)及环形带(circumferential belt)中(图1,左)。为了确定CGN突变在生理条件下对听力的影响,研究人员首先构建了Cgn毛细胞条件性敲除小鼠,发现其呈现出高频渐进性听力损失。此外,研究团队进一步构建了Cgn突变(p.L1110Lfs*17)敲入小鼠,发现CGN蛋白的表达量在突变敲入小鼠的耳蜗中显著降低。听力学表型分析显示,Cgn突变敲入小鼠不仅同样呈现出高频渐进性听力损失和毛细胞退行,而且杂合和纯合突变小鼠都对噪声损伤更加敏感。


研究人员接下来进一步探索了CGN突变致聋的分子机制,CGN是肌动蛋白结合蛋白,其头端结构域存在肌动蛋白的互作区域。在内耳毛细胞中,肌动蛋白(actin)是构成表皮板、环形带和静纤毛(stereocilia)的主要骨架蛋白(图1,左)。研究人员发现,在体外实验中,突变CGN蛋白无法促进肌动蛋白聚合;而与这一分子功能障碍一致,突变小鼠毛细胞表皮板中肌动蛋白的聚合缺陷导致外毛细胞表皮板出现了形态学异常(图1,右)。毛细胞表皮板的形态异常引起了静纤毛束的异常排列,这可能是导致该家系耳聋个体和突变小鼠模型听力损失的重要原因。


根据以上的结果,本研究提出了一个初步的模型,解释CGN维持毛细胞表皮板层形态和听觉功能的机制:在正常耳蜗中,CGN富集于毛细胞的顶端表皮板和环形带,并介导这两个结构中的肌动蛋白聚合。CGN delG疾病突变导致CGN蛋白的表达和定位消失,从而改变了表皮板和静纤毛的形态和功能,导致该家系患者和小鼠模型的进行性和噪声敏感性听力损失(图1)。


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1. CGN维持毛细胞表皮板层形态和听觉功能的机制


鉴定新的耳聋基因和解析潜在的致病机制对于遗传性听力损失的个性化诊治至关重要。结合人类遗传学、细胞培养和动物模型研究,研究人员揭示了CGN是一个新的耳聋基因,在毛细胞表皮板和听觉功能的维持中起重要作用。本研究不仅为毛细胞表皮板发育和维持的分子机制提供了新见解,也为携带CGN突变的耳聋患者的遗传咨询和个性化治疗提供了实验依据。


南京大学医学院附属鼓楼医院博士后朱光洁、南京大学博士生黄宇航、张琳晴和山东大学博士后闫科吉为本文的共同第一作者。南京大学万国强副教授、南京鼓楼医院高下教授、陈杰主任医师和山东大学徐志刚教授为本文的共同通讯作者。该研究工作受到国家自然科学基金重大、面上、青年基金等多项研究资助。


原文链接:http://doi.org/10.15252/emmm.202317611




文字编辑:黄宇航

图片来源:万国强团队

责任编辑:孙莹







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