与南亚创始变异CDK5RAP3相关的严重神经发育综合征

我们对来自两个无亲缘关系家庭的三名患有致死性神经发育障碍的个体进行了研究，探讨了CDK5RAP3（一个关键的UFMylation衔接蛋白）纯合内含子变异体的致病性。迄今为止，CDK5RAP3变异体尚未被报道与人类疾病相关；然而，小鼠Cdk5rap3敲除会导致胚胎致死，且其他五个UFMylation组分的变异已被证实会引起严重的神经发育障碍。通过家系A的三人家系全基因组测序和先证者RNA测序，以及家系B的三人家系全外显子组测序数据重新分析，我们鉴定出一个分离的纯合变异体：chr17(GRCh38):g.47974691G > A，对应CDK5RAP3 NM_176096.3:c.334 + 243G > A。为评估该变异体的致病性，我们进行了包括RT-PCR、Western blot、免疫共沉淀以及（磷酸化）蛋白质组学在内的研究，以评估其对转录本、蛋白及UFMylation复合体的影响。通过反义寡核苷酸介导的CDK5RAP3表达挽救，结合蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学分析，我们明确了CDK5RAP3缺陷及其在来自一名受累个体羊水细胞中的挽救作用机制。所有三名受累个体均表现出胎儿生长受限、胎儿运动不能、桥小脑发育不全、关节挛缩和肝脏病理改变。CDK5RAP3 c.334 + 243G > A变异激活了一个隐蔽的供体剪接位点，导致假外显子/内含子插入，引发无义介导的mRNA降解和全长CDK5RAP3（NP_788276.1）的缺失，同时可能保留了C端替代亚型的表达。免疫共沉淀实验显示，只有全长CDK5RAP3能与UFL1结合，而C端亚型则不能。原代羊水细胞研究表明，CDK5RAP3缺陷与已知底物RPL26和UFBP1的UFMylation受损相关。蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学分析揭示了细胞外基质组织、细胞粘附、有丝分裂/基因组稳定性通路、细胞骨架网络和神经元导向的失调，而这些异常可通过剪接校正反义寡核苷酸恢复经典CDK5RAP3表达而逆转。磷酸化蛋白质组学数据表明，CDK5RAP3是UFL1 S462磷酸化的上游调节因子，而该磷酸化已知受Ataxia-telangiectasia mutated (ATM)信号通路调控。我们的研究结果为全长CDK5RAP3缺陷与严重神经发育障碍、肝脏及肌肉功能障碍之间的关联提供了有力证据。本研究进一步凸显了基于ASO的深内含子剪接缺陷纠正策略的治疗潜力。