融合性微肽Myomixer活性受损导致类似Carey-Fineman-Ziter综合征的肌病

Impaired activity of the fusogenic micropeptide Myomixer causes myopathy resembling Carey-Fineman-Ziter syndrome

作者信息Andres Ramirez-Martinez, Yichi Zhang, Marie-Jose van den Boogaard, John R McAnally, Cristina Rodriguez-Caycedo, Andreas C Chai, Francesco Chemello, Maarten Pg Massink, Inge Cuppen, Martin G Elferink, Robert Jj van Es, Nard G Janssen, Linda Pam Walraven-van Oijen, Ning Liu, Rhonda Bassel-Duby, Richard H van Jaarsveld, Eric N Olson
PMID35642635
发布时间2022-06-01
DOI10.1172/JCI159002

实验完整度

包含患者队列遗传分析、iPSC分化细胞体外融合实验、CRISPR碱基编辑回复实验、小鼠模型体内表型及组织学分析、异源融合实验等多层级验证。

主要模型

患者来源iPSC分化骨骼肌细胞 Mymx R46*小鼠模型 C2C12成肌细胞 10T1/2成纤维细胞

重点核对

MYMX R46*变异纯合性 iPSC分化及融合能力 Mymx R46*小鼠围产期致死性 MYMX蛋白截短表达及定位 碱基编辑效率

摘要

骨骼肌纤维含有数百个细胞核,这些细胞核增加了组织的整体转录活性并执行专门的功能。多核化通过成肌细胞融合发生,由肌肉融合因子Myomaker(MYMK)和Myomixer(MYMX)介导。我们描述了一个携带MYMX基因隐性截短变异的人类家系,该变异消除了MYMX进化上保守的细胞外疏水结构域,从而损害了融合活性。该人类变异的纯合性导致了一系列异常,模仿了由低效MYMK变异引起的Carey-Fineman-Ziter综合征(CFZS)的临床表现。由患者来源的诱导多能干细胞产生的成肌细胞显示融合缺陷,携带人类MYMX变异的小鼠因肌肉异常而在围产期死亡。体外实验表明,人类MYMX变异赋予极低的细胞间融合能力,这可以通过CRISPR/Cas9介导的碱基编辑恢复,从而为该疾病提供了治疗潜力。我们的发现将MYMX确定为参与CFZS的隐性、单基因人类疾病基因,并为成肌细胞融合对神经肌肉疾病的贡献提供了新的见解。

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
MYMX基因变异是否导致人类肌肉疾病?
核心机制
MYMX R46*截短变异丢失进化保守的细胞外疏水结构域,损害成肌细胞融合活性,导致肌肉发育异常。
主要证据
患者双胞胎携带纯合MYMX R46*变异,患者iPSC来源肌细胞融合缺陷,Mymx R46*小鼠围产期死亡且肌肉形成缺陷,体外实验显示MYMX R46*融合活性极低。
研究意义
揭示MYMX为CFZS相关的人类疾病基因,为理解成肌细胞融合在神经肌肉疾病中的作用提供新见解,并提示碱基编辑治疗潜力。

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

患者遗传变异鉴定

鉴定导致CFZS样表型的遗传变异

对两名CFZS样表型患者进行全外显子组测序,发现MYMX基因纯合c.136C>T(p.Arg46*)变异,父母为杂合携带者。

2

iPSC生成及基因编辑

生成患者特异性iPSC及同基因对照

从患者牙龈成纤维细胞重编程为iPSC,通过腺嘌呤碱基编辑回复MYMX R46*为野生型序列,获得同基因对照。

3

体外骨骼肌分化及融合检测

评估MYMX R46*变异对成肌细胞融合的影响

将患者来源iPSC分化骨骼肌细胞,免疫染色检测肌球蛋白重链,qRT-PCR检测肌源性基因表达,观察肌管形成。

4

Mymx R46*小鼠模型建立及表型分析

在体内验证MYMX R46*变异的功能影响

CRISPR/Cas9介导敲入Mymx R46*变异,分析小鼠生存、肌肉组织学、超微结构及基因表达。

5

异源融合实验

定量检测MYMX R46*蛋白的融合活性

利用C2C12成肌细胞和10T1/2成纤维细胞共培养系统,表达MYMX WT或R46*,检测双阳性肌管及荧光素酶活性。

6

MYMX蛋白稳定性及定位分析

验证MYMX R46*蛋白的稳定性及亚细胞定位

Western blot和免疫荧光分析myc标签MYMX蛋白的表达水平与定位。

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
仙台病毒Thermo Fisher ScientificA16517
mTeSR Plus培养基Stemcell Technologies100-0276
Matrigel基质胶----
Accutase分离液Innovative Cell TechnologiesAT104
P3原代细胞4D-Nucleofector X试剂盒Lonza--
NG-ABEmaxAddgene124163
pmCherry_gRNAAddgene80457
Taq聚合酶New England BiolabsM0273
My32抗体MilliporeSigmaM4276
myc抗体Thermo Fisher ScientificR950-25
Hoechst 33342Thermo Fisher ScientificH3570
ACTA1抗体Proteintech17521-1-AP
小麦胚芽凝集素和Alexa Fluor 647结合物Thermo Fisher ScientificW32466
抗兔Alexa Fluor 555二抗Thermo Fisher ScientificA32732
Zeiss LSM 800显微镜Zeiss--
JEOL 1400 Plus显微镜JEOL--
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific15596026
Quick-RNA Miniprep Plus试剂盒Zymo ResearchR1057
KAPA mRNA HyperPrep试剂盒Kapa BiosystemsKK8580
iScript逆转录酶Bio-Rad1725035
RIPA缓冲液MilliporeSigmaR0278
vinculin抗体MilliporeSigmaV9131
DMEM培养基Thermo Fisher Scientific--
胎牛血清Thermo Fisher Scientific26140087
抗生素-抗真菌剂Thermo Fisher Scientific26050088
Platinum-E亲嗜性细胞Cell BiolabsRV-101
FuGENE6转染试剂PromegaE2692
Retro-X浓缩器Takara631456
聚凝胺MilliporeSigmaTR-1003-G
C2C12细胞系ATCCCRL-1772
10T1/2细胞系ATCCCCL-226
ViviRen底物PromegaE6491
CLARIOstar酶标仪BMG Labtech--

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
全外显子组测序平台及分析流程,MYMX c.136C>T变异验证
阅读提示:Methods中的“Human genetic analyses”
iPSC生成与基因编辑
重编程方法,碱基编辑效率及脱靶效应
阅读提示:Methods中的“Generation of patient iPSC-derived skeletal muscle cells”
体外骨骼肌分化
分化因子及培养条件,融合评估指标
阅读提示:Methods中的“Generation of patient iPSC-derived skeletal muscle cells”及图3图注
动物模型
Mymx R46*敲入方法,sgRNA序列,表型分析时间点
阅读提示:Methods中的“Generation of Mymx R46* mice”及图4、5图注
异源融合实验
细胞系构建,混合比例,分化时间,检测方法
阅读提示:Methods中的“In vitro fusion assays”及图6图注