GIGYF1破坏与自闭症及IGF-1R信号受损相关

GIGYF1 disruption associates with autism and impaired IGF-1R signaling

作者信息Guodong Chen, Bin Yu, Senwei Tan, Jieqiong Tan, Xiangbin Jia, Qiumeng Zhang, Xiaolei Zhang, Qian Jiang, Yue Hua, Yaoling Han, Shengjie Luo, Kendra Hoekzema, Raphael A Bernier, Rachel K Earl, Evangeline C Kurtz-Nelson, Michaela J Idleburg, Suneeta Madan-Khetarpal, Rebecca Clark, Jessica Sebastian, Alberto Fernandez-Jaen, Sara Alvarez, Staci D King, Luiza Lp Ramos, Mara Lucia Sf Santos, Donna M Martin, Dan Brooks, Joseph D Symonds, Ioana Cutcutache, Qian Pan, Zhengmao Hu, Ling Yuan, Evan E Eichler, Kun Xia, Hui Guo
PMID35917186
发布时间2022-10-03
DOI10.1172/JCI159806

实验完整度

包含人类遗传学队列分析、条件性基因敲除小鼠行为学与神经发生分析、细胞分子机制研究等多层级证据,并进行功能与机制验证。

主要模型

Gigyf1条件性敲除小鼠(Nestin-Cre) HEK293T细胞(GIGYF1敲除) HeLa细胞 神经祖细胞(neurosphere培养)

重点核对

GIGYF1 LGD变异在ASD队列中的de novo富集和传递不平衡 Gigyf1单倍剂量不足小鼠的社交行为表型 Gigyf1缺失导致上层皮层神经元减少的机制 GIGYF1调控IGF-1R回收的细胞实验

摘要

自闭症谱系障碍(ASD)代表一组具有强大遗传成分的神经发育表型。GIGYF1中过多的可能基因破坏性(LGD)突变与ASD有关。在此,我们报道GIGYF1是已知ASD高置信度风险基因中突变率第二高的基因。我们研究了46个GIGYF1 LGD变异的遗传方式,包括高度复发的突变c.333del:p.L111Rfs*234。遗传的GIGYF1杂合LGD变异比新生突变常见1.8倍。在ASD个体中,与具有其他高置信度基因突变的个体相比,携带GIGYF1 LGD变异的个体认知障碍的可能性较低。使用Gigyf1条件性敲除小鼠模型,我们表明发育中的大脑中的单倍剂量不足导致社交障碍而无显著认知障碍。相反,纯合小鼠表现出更严重的社交障碍以及认知障碍。小鼠中Gigyf1缺乏导致上层皮质神经元数量减少,伴随神经祖细胞增殖减少和分化增加。我们表明GIGYF1调节IGF-1R向细胞表面的再循环。GIGYF1的敲除导致细胞表面IGF-1R水平降低,破坏IGF-1R/ERK信号通路。总之,我们的发现表明GIGYF1是IGF-1R再循环的调节因子。GIGYF1的单倍剂量不足与自闭症行为相关,可能是通过干扰IGF-1R/ERK信号通路。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
GIGYF1基因破坏是否与自闭症相关,其遗传模式、表型关联及分子机制是什么?
核心机制
GIGYF1通过调控IGF-1R的快速回收,维持细胞表面IGF-1R水平,从而激活IGF-1R/ERK信号通路,影响神经祖细胞增殖与分化,最终导致自闭症行为。
主要证据
人类遗传学分析显示GIGYF1 LGD变异富集;Gigyf1条件性敲除小鼠表现出社交障碍和上层皮层神经元减少;细胞实验证实GIGYF1与IGF-1R相互作用并调节其回收。
研究意义
该研究确定GIGYF1为IGF-1R回收的新型调节因子,为自闭症的分子发病机制提供了新见解,并可能有助于遗传诊断和家系遗传咨询。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

人类遗传学分析

鉴定GIGYF1 LGD变异及其遗传模式,评估与ASD的关联。

对SPARK和SSC队列的WES/WGS数据进行分析,筛选GIGYF1 LGD变异,并进行de novo富集和传递不平衡检验。

2

小鼠模型行为学分析

评估Gigyf1单倍剂量不足和纯合敲除对小鼠社交、重复行为、焦虑和认知的影响。

利用Gigyf1条件性敲除小鼠(cHET和cKO),进行三箱社交、大理石埋藏、高架十字迷宫、开放场、明暗箱、水迷宫和物体识别等行为测试。

3

皮质发育分析

探究Gigyf1缺失对胚胎期神经发生的影响。

通过免疫组化检测E14.5和E18.5皮层中上层神经元标记物(Satb2, Brn2)和深层神经元标记物(Tbr1, Ctip2)的表达,并分析神经祖细胞增殖和分化。

4

分子机制研究

阐明GIGYF1调控IGF-1R信号通路的机制。

在HEK293T细胞中构建GIGYF1敲除细胞系,检测IGF-1刺激后pIGF-1R、pERK、pAKT水平;进行免疫共沉淀、免疫荧光、表面生物素化实验分析GIGYF1与IGF-1R的相互作用及回收。

5

神经球形成实验

验证IGF-1能否挽救Gigyf1缺陷引起的神经祖细胞增殖缺陷。

从E14.5胚胎皮层分离神经祖细胞进行神经球培养,加入IGF-1刺激,测量神经球直径。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基Thermo Fisher Scientific--
胎牛血清Thermo Fisher Scientific10100147
青霉素和链霉素Thermo Fisher Scientific15140122
Lipofectamine 3000转染试剂Thermo Fisher ScientificL3000015
LentiCRISPR V2载体Addgene52961
pCMV-VSV-G包装质粒Addgene8454
psPAX2包装质粒Addgene12260
嘌呤霉素----
GIGYF1抗体BethylA304-132A-M
HA标签抗体CST3724s
Flag标签抗体CST14793s
抗磷酸化IGF-1R-β (Tyr1131)/胰岛素受体β (Tyr1146)抗体CST3021s
抗IGF-1R-β抗体CST9750s
抗磷酸化Akt (Ser473)抗体CST4060s
抗Akt抗体CST9272s
抗磷酸化p44/42 MAPK (Thr202/Tyr204)抗体CST4370s
抗p44/42 MAPK抗体CST9102s
抗p27 Kip1抗体CST3686s
抗Cyclin D1抗体CST55506s
抗Grb10抗体Santa Cruzsc-74509
抗IGF-1R-α抗体Santa Cruzsc-81464
抗TMEM98抗体Millipore-SigmaHPA053385
抗Satb2抗体Abcamab92446
抗Tbr2抗体Abcamab23345
抗BrdU抗体Abcamab6326
抗Ctip2抗体Abcamab18465
抗Pax6抗体BioLegendPRB-278P
抗磷酸化组蛋白H3抗体Millipore-Sigma07-424
抗EEA1抗体CST3288s
抗Rab5A抗体CST46449s
抗Rab4抗体CST2167s
抗Rab11抗体CST5589s
抗Rab7抗体CST9367s
抗Lamp1抗体CST9091s
抗网格蛋白重链抗体CST4796s
抗Caveolin-1抗体CST3267s
抗Ki67抗体CST9129s
抗Tbr1抗体CST49661s
抗Brn2抗体Santa Cruzsc-393324
抗兔488二抗Thermo Fisher ScientificSA5-10018
抗兔Cy3二抗Thermo Fisher ScientificA10522
抗鸡GFP抗体Aves LabsGFP-1020
DAPI染色液Sigma-AldrichD9542
Accutase消化液Thermo Fisher Scientific00-4555-56
DMEM/F12培养基Gibco11320033
B27补充剂Gibco17504044
碱性成纤维细胞生长因子Peprotech--
表皮生长因子Invitrogen--
胰岛素样生长因子1Thermo Fisher ScientificPHG0078
NP40裂解液Beyotime BiotechnologyP0013F
抗HA免疫磁珠BimakeB26201
抗Flag免疫磁珠BimakeB23101
磺基-NHS-SS-生物素Thermo Fisher ScientificPG82077
NeutrAvidin琼脂糖Thermo Fisher Scientific29200
SuperSignal West Femto最大灵敏度底物Thermo Fisher ScientificA38556
PVDF膜Millipore-SigmaIPVH15150
Halt蛋白酶和磷酸酶抑制剂混合物Thermo Fisher Scientific78446
牛血清白蛋白GenviewFA016-25G
Phanta Max超高保真DNA聚合酶VazymeP505-d1
FastDigest BsmBI限制酶Thermo Fisher ScientificFD0454
SgsI限制酶----
XhoI限制酶----
溴脱氧尿苷Millipore-Sigma--
乙炔基脱氧尿苷Millipore-Sigma--
Click-iT EdU试剂盒Thermo Fisher ScientificC10338
HEK293T细胞CobioerCBP60439
HeLa细胞CobioerCBP60232
pCAGGS-IRES-GFP载体----
pcDNA3.1-3xFlag-IGF-1R质粒Youbio Biological Technology Company--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
人类遗传学分析
GIGYF1 LGD变异的筛选标准(GQ, DP, AB)和队列构成
阅读提示:Methods: WES and WGS data, De novo enrichment and transmission disequilibrium analysis
小鼠行为学测试
小鼠品系(C57BL/6J)、年龄(4-8周)、性别(雄性)、行为测试顺序和间隔
阅读提示:Methods: Mice, Behavioral tests
皮质发育分析
胚胎时期(E14.5, E18.5)、标记物(Satb2, Brn2等)、BrdU/EdU脉冲标记方案
阅读提示:Methods: Immunohistology, Injection of S-phase tracer
细胞实验
细胞系(HEK293T, HeLa)、IGF-1刺激浓度和时间点、转染量
阅读提示:Methods: Cell culture and transfection, Western blot assay
GIGYF1 KO细胞构建
sgRNA序列、载体(LentiCRISPR V2)、筛选浓度(2 μg/mL嘌呤霉素)
阅读提示:Methods: LentiCRISPR V2-mediated GIGYF1 KO cells