SEL1L双等位基因Cys141Tyr变异与神经发育障碍、无丙种球蛋白血症和早逝相关

Biallelic Cys141Tyr variant of SEL1L is associated with neurodevelopmental disorders, agammaglobulinemia, and premature death

作者信息Denisa Weis, Liangguang L Lin, Huilun H Wang, Zexin Jason Li, Katarina Kusikova, Peter Ciznar, Hermann M Wolf, Alexander Leiss-Piller, Zhihong Wang, Xiaoqiong Wei, Serge Weis, Katarina Skalicka, Gabriela Hrckova, Lubos Danisovic, Andrea Soltysova, Tingxuan T Yang, René Günther Feichtinger, Johannes A Mayr, Ling Qi
PMID37943617
发布时间2024-01-16
DOI10.1172/JCI170882

实验完整度

包含患者临床与免疫分析、皮肤成纤维细胞及HEK293T细胞功能验证、结构预测和机制研究等多个证据层级,并明确功能验证。

主要模型

患者皮肤成纤维细胞 HEK293T基因敲入细胞系 SEL1L敲除HEK293T细胞 患者十二指肠活检

重点核对

SEL1L C141Y纯合变异(NM_005065.6: exon4: c.422G>A) 患者外周血CD19+成熟B细胞缺失及免疫球蛋白缺乏 MG132处理浓度10 μM、时间2小时 环己酰亚胺追踪实验检测蛋白稳定性 HRD1敲除对SEL1L蛋白水平的恢复效应

摘要

Suppressor of lin-12-like-HMG-CoA reductase degradation 1 (SEL1L-HRD1) ER-associated degradation (ERAD) plays a critical role in many physiological processes in mice, including immunity, water homeostasis, and energy metabolism; however, its relevance and importance in humans remain unclear, as no disease variant has been identified. Here, we report a biallelic SEL1L variant (p. Cys141Tyr) in 5 patients from a consanguineous Slovakian family. These patients presented with not only ERAD-associated neurodevelopmental disorders with onset in infancy (ENDI) syndromes, but infantile-onset agammaglobulinemia with no mature B cells, resulting in frequent infections and early death. This variant disrupted the formation of a disulfide bond in the luminal fibronectin II domain of SEL1L, largely abolishing the function of the SEL1L-HRD1 ERAD complex in part via proteasomal-mediated self destruction by HRD1. This study reports a disease entity termed ENDI-agammaglobulinemia (ENDI-A) syndrome and establishes an inverse correlation between SEL1L-HRD1 ERAD functionality and disease severity in humans.

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
SEL1L-HRD1 ERAD在人类疾病中的相关性及其变异导致的临床表型与机制。
核心机制
SEL1L C141Y变异破坏了FNII结构域中Cys141-Cys168二硫键,导致SEL1L蛋白错误折叠和聚集,并通过HRD1介导的蛋白酶体途径自我降解,从而严重损害SEL1L-HRD1 ERAD复合物的稳定性和功能。
主要证据
患者皮肤成纤维细胞显示SEL1L和HRD1蛋白水平显著降低,ERAD底物IRE1α和CD147累积;SEL1LC141Y敲入HEK293T细胞中ERAD功能严重受损;HRD1敲除可恢复SEL1L蛋白水平,表明存在自我降解机制。
研究意义
该研究定义了ENDI-无丙种球蛋白血症(ENDI-A)综合征,并建立了SEL1L-HRD1 ERAD功能与人类疾病严重程度之间的反比关系,为未来靶向该复合物治疗人类疾病奠定了基础。

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

患者遗传学鉴定

鉴定导致神经发育障碍和无丙种球蛋白血症的遗传变异。

对来自血缘家庭的5名患者进行全外显子组测序和Sanger测序验证,并结合ACMG/AMP指南评估变异致病性。

2

患者临床和免疫表型分析

描述患者的临床表现和免疫缺陷特征。

收集患者临床资料,进行外周血免疫细胞和免疫球蛋白检测,以及十二指肠活检免疫组化分析。

3

SEL1LC141Y变异对ERAD复合物功能的影响

评估SEL1LC141Y变异对ERAD复合物稳定性和功能的影响。

利用患者皮肤成纤维细胞和CRISPR/Cas9生成的KI HEK293T细胞,通过Western blot、免疫荧光和免疫组化检测ERAD蛋白水平,并通过环己酰亚胺追踪和底物积累实验评估功能。

4

与其他变异比较严重程度

比较SEL1LC141Y与其他已知SEL1L/HRD1低效变异对ERAD功能的影响。

生成表达不同变异的KI HEK293T细胞,定量比较SEL1L、HRD1和ERAD底物蛋白水平。

5

机制研究:二硫键和蛋白酶体降解

阐明SEL1LC141Y导致ERAD复合物不稳定的分子机制。

通过破坏另一个二硫键(C127Y)和删除整个FNII结构域,分析对复合物稳定性的影响;使用MG132抑制蛋白酶体,并在HRD1或RNF5敲除背景中评估SEL1L蛋白水平。

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----
胎牛血清Fisher Scientific--
聚乙烯亚胺MilliporeSigma--
Lipofectamine 3000转染试剂Thermo Fisher--
蛋白酶抑制剂MilliporeSigma--
二硫苏糖醇MilliporeSigma--
磷酸酶抑制剂混合物MilliporeSigma--
Bio-Rad蛋白定量染料Bio-Rad--
PVDF膜Fisher Scientific--
HRP偶联二抗Bio-Rad--
HSP90抗体Santa Cruz Biotechnologysc-13119
SEL1L抗体homemade--
SEL1L抗体Abcamab78298
HRD1抗体Proteintech13473-1
OS9抗体Abcamab109510
ERLEC1抗体Abcamab181166
CD147抗体Proteintech11989-1
IRE1α抗体Cell Signaling Technology3294
UBE2J1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-377002
泛素抗体Santa Cruz BiotechnologyP4D1
LC3抗体Cell Signaling Technology2775
RNF5抗体BethylA303-594A
FLAG抗体MilliporeSigmaF1804
HA抗体MilliporeSigmaH3663
PERK抗体Cell Signaling Technology3192
磷酸化PERK抗体Cell Signaling Technology3179
eIF2α抗体Cell Signaling Technology9722
磷酸化eIF2α抗体Cell Signaling Technology9721
BiP抗体Abcamab21685
PDI抗体EnzoADI-SPA-890
TRI试剂Molecular Research CenterTR 118
BCP相分离试剂Molecular Research CenterTR 118
高容量cDNA逆转录试剂盒Thermo Fisher--
lentiCRISPR v2载体Addgene52961
pYZ122-pSMART HCKan-sgRNA-Sp-BbsI质粒----
pCAG-CBE4max-SpG-P2A-EGFP质粒Addgene139998
BbsI限制酶NEB--
HotStart Taq 2× PCR预混液ABclonal--
GraphPad Prism 8.0软件GraphPad Software--

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
患者样本分析
患者外周血中成熟B细胞(CD19+)和免疫球蛋白水平;十二指肠活检中CD20+ B细胞和T细胞浸润情况
阅读提示:Table 2和Supplemental Figure 3A
细胞培养与基因编辑
HEK293T细胞培养条件(DMEM+10%FBS,37°C,5%CO2);sgRNA序列及转染方法(PEI或Lipofectamine 3000);嘌呤霉素筛选浓度(2 μg/ml)和时间(24小时)
阅读提示:Methods:CRISPR/Cas9-based KO and KI HEK293T cells
蛋白质印迹
抗体列表及稀释比例(如anti-SEL1L从Abcam ab78298 1:1000等);裂解缓冲液成分(NP-40,含蛋白酶和磷酸酶抑制剂);蛋白上样量(10-30 μg)
阅读提示:Methods:Western blot and antibodies
ERAD功能检测
环己酰亚胺追踪实验的药物浓度和时间;MG132处理浓度(10 μM)和时间(2小时);ERAD底物(IRE1α、CD147)检测
阅读提示:Figure 3D和Figure 7A;Methods
机制验证
HRD1或RNF5敲除是否影响SEL1L蛋白水平;SEL1LC127Y和SEL1LC141Y KI细胞中SEL1L蛋白水平变化
阅读提示:Figure 7B和Supplemental Figure 9