CHCHD2 挽救 Mohr-Tranebjaerg 综合征患者 iPSC 衍生神经元的线粒体功能障碍

Mohr-Tranebjaerg 综合征（MTS）是一种罕见的 X 连锁隐性神经退行性疾病，由线粒体内膜转位酶 8A（TIMM8A）基因突变引起，该基因编码定位于线粒体膜间空间（IMS）的蛋白 TIMM8a。MTS 的病理生理学仍知之甚少。为了探究 MTS 的分子机制，我们从一个携带新型 TIMM8A 突变（c.225-229del，p.Q75fs95*）的男性 MTS 患者中建立了诱导多能干细胞（iPSCs），称为 MTS-iPSCs。为了产生同基因对照，我们使用成簇规律间隔短回文重复序列/CRISPR 相关蛋白 9（CRISPR/Cas9）将相同突变引入健康对照 iPSCs（CTRL-iPSCs），得到突变 iPSCs（MUT-iPSCs）。我们将三个 iPSC 系分化为神经元，并评估了它们的线粒体功能和神经元发育。MTS-和 MUT-iPSCs 均表现出受损的神经元分化，其特征在于 iPSC 衍生神经元的胞体较小、分支较少和神经突较短。此外，这些神经元在应激条件下对凋亡的敏感性增加，表现为细胞色素 c 和 cleaved caspase-3 水平升高。线粒体功能分析显示，MTS-和 MUT-神经元中复合物 IV 的蛋白水平和活性降低，ATP 合成减少，活性氧（ROS）生成增加。此外，透射电子显微镜显示 MTS-神经元中的线粒体碎片化。RNA 测序鉴定了参与轴突发生、突触活性和凋亡相关通路的差异表达基因（DEGs）。在这些 DEGs 中，编码线粒体 IMS 蛋白、对线粒体稳态至关重要的卷曲螺旋-螺旋-卷曲螺旋-螺旋结构域蛋白 2（CHCHD2）在 MTS-神经元中显著下调。Western blot 分析证实 MTS-和 MUT-神经元中 CHCHD2 蛋白水平均降低。在 MTS-神经元中过表达 CHCHD2 可挽救线粒体功能障碍并促进神经突伸长，表明 CHCHD2 在 MTS 发病机制中作为 TIMM8a 的下游效应分子。总之，TIMM8a 功能丧失导致下游 CHCHD2 水平降低，通过破坏线粒体稳态共同损害神经发生。