NDUFB7突变导致人类和斑马鱼的脑神经元缺陷、乳酸酸中毒和线粒体功能障碍。

NDUFB7 mutations cause brain neuronal defects, lactic acidosis, and mitochondrial dysfunction in humans and zebrafish.

作者信息Yen-Lin Chen, Brian Hon-Yin Chung, Masakazu Mimaki, Shumpei Uchino, Yin-Hsiu Chien, Christopher Chun-Yun Mak, Steven Shinn-Forng Peng, Wei-Chen Wang, Yu-Li Lin, Wuh-Liang Hwu, Shyh-Jye Lee, Ni-Chung Lee
PMID40025060
发布时间2025-03-01
DOI10.1038/s41420-025-02369-0

实验完整度

高

包含患者临床与基因分析、成纤维细胞复合物及超复合物BN-PAGE验证、斑马鱼敲低模型的功能和代谢验证,以及药物挽救实验,证据层级和功能验证充分。

主要模型

患者皮肤成纤维细胞 斑马鱼胚胎(野生型AB) Tg(Huc:kaede)转基因斑马鱼胚胎

重点核对

患者携带NDUFB7复合杂合突变(c.133_135del和c.311G>C) 斑马鱼胚胎注射5 ng Ndufb7 tMO(1-cell阶段) 共注射5 pg Ndufb7 mRNA或20 µM MitoQ用于挽救实验 测量24或48 hpf的脑室面积、神经元体积、乳酸含量和耗氧率

摘要

线粒体电子传递链的复合物I是迄今发现的最大的膜蛋白组装体之一。一名携带纯合NDUFB7内含子突变的患者在出生后两个月内因心肺缺陷而死亡,阻碍了进一步的研究。在此,我们报告另一名携带NDUFB7复合杂合突变的患者,其患有脑桥异常、乳酸酸中毒、早产、出生前后生长缺陷、腹壁不完全闭合(腹壁疝)和胃肠道功能不良(假性梗阻)。我们证明该患者的皮肤成纤维细胞中复合物I组装缺陷,超复合物形成减少。本报告进一步拓宽了线粒体疾病的谱系。患者已接受多次手术。在接受辅酶Q10和B族维生素治疗后,她至今病情稳定。为进一步探索NDUFB7在体内的功能,我们在斑马鱼胚胎中敲低了ndufb7。这导致脑室和神经元缺陷、乳酸水平升高和耗氧量减少,表明线粒体呼吸功能缺陷。这些表型可以通过异位表达ndufb7特异性挽救。更重要的是,线粒体醌甲磺酸盐(MitoQ),一种常见的线粒体疾病治疗药物,可以改善这些状况。这些结果表明NDUFB7在线粒体活性中的作用,以及斑马鱼模型适用于进一步药物筛选和针对这种罕见疾病的治疗策略开发。

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
NDUFB7基因突变如何导致线粒体功能障碍及相关的临床表型?
核心机制
NDUFB7突变导致复合物I组装缺陷,进而损害超复合物形成和线粒体呼吸功能,引起脑发育异常和乳酸酸中毒。
主要证据
患者皮肤成纤维细胞BN-PAGE显示复合物I组装缺陷和超复合物减少;斑马鱼ndufb7敲低模型表现出脑室和神经元缺陷、乳酸升高和耗氧率降低,并可由ndufb7 mRNA和MitoQ挽救。
研究意义
研究结果提示NDUFB7在线粒体活性中的作用,并表明斑马鱼模型可用于该罕见疾病的药物筛选和治疗策略开发。

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

患者遗传诊断

鉴定患者NDUFB7基因的致病突变

对患者血液样本进行全外显子组测序,并通过Sanger测序验证,发现两个复合杂合突变。

2

患者成纤维细胞线粒体复合物功能分析

评估NDUFB7突变对线粒体呼吸链复合物活性及组装的影响

培养患者皮肤成纤维细胞,检测电子传递链复合物活性,并通过BN-PAGE分析复合物及超复合物的形成。

3

斑马鱼Ndufb7敲低模型建立

在体内探索Ndufb7缺失的功能影响

在1-cell期斑马鱼胚胎中显微注射针对ndufb7的翻译阻断型吗啉代寡核苷酸(tMO),并培养至特定时间点。

4

斑马鱼脑室和神经元形态分析

评估Ndufb7敲低对脑发育的影响

观察脑室大小(通过图像分析或罗丹明葡聚糖注射),并使用Tg(Huc:kaede)转基因胚胎测量神经元体积。

5

代谢表型分析

评估Ndufb7敲低对乳酸水平和线粒体呼吸的影响

测量斑马鱼胚胎的乳酸含量和耗氧率(OCR)。

6

挽救实验

验证表型特异性并测试潜在治疗药物

共注射ndufb7 mRNA或MitoQ,观察对脑室、神经元、乳酸和OCR表型的挽救效果。

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
安捷伦SureSelectXT人类全外显子50 Mb试剂盒Agilent Technologiesversion
HiSeq 2000TM测序仪Illumina--
1.5-T Sonata MRI系统Siemens Healthineer--
抗NDUFA9抗体Invitrogen459100
抗70 kDa Fp亚基抗体Invitrogen459200
抗核心亚基1抗体Invitrogen459140
抗亚基I抗体Invitrogen459600
抗NDUFS3抗体AbnovaH00004722-A01
抗NDUFB10抗体AbnovaH00004716-A01
抗NDUFV1抗体Proteintech11238-1-AP
ndufb7吗啉代寡核苷酸Gene Tools--
HiYieldTM质粒小量提取试剂盒ArrowtechAHP-300
mMESSAGE mMACHINETM SP6试剂盒InvitrogenAM1340
酚红溶液Sigma AldrichP0290
甲磺酸米托醌MedChemExpressHY-100116A
罗丹明B葡聚糖InvitrogenD1824
LSM 780激光共聚焦扫描显微镜Carl Zeiss--
Pierce™ BCA蛋白定量试剂盒Thermo Scientific23225
L-乳酸比色测定试剂盒ElabscienceE-BC-K044-S
Seahorse XFe24细胞外流量分析仪Agilent--
Seahorse XFe24胰岛捕获流动包Agilent103518-100
寡霉素MedChemExpressHY-N26782
鱼藤酮Sigma AldrichR8875
Danieau缓冲液----
亚甲基蓝Hsin Kung Pharmaceutical MFG--

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
斑马鱼显微注射
注射剂量:5 ng Ndufb7 tMO,共注射5 pg Ndufb7 RNA或20 µM MitoQ
阅读提示:材料与方法中的“Microinjection”小节
斑马鱼培养与处理
胚胎培养在Danieau's buffer中,28.5°C,光照周期14h/10h,用PTU脱色
阅读提示:材料与方法中的“Zebrafish”和“Measurement of brain ventricle area”部分
脑室大小测量
使用Image J测量中脑和后脑脑室面积(像素)
阅读提示:图3图例及“Measurement of brain ventricle area”方法
神经元体积测量
使用Tg(Huc:kaede)转基因胚胎,共聚焦扫描,用MetaMorph软件分析中脑和后脑神经元体积
阅读提示:图5图例及“Measurement of neuronal volume”方法
乳酸测量
收集80-100个胚胎,匀浆后测量乳酸含量,蛋白浓度用BCA法测定
阅读提示:图6图例及“Measurement of lactic acid”方法
耗氧率测量
Seahorse XFe24,每孔一个胚胎,加入oligomycin (18.7 µM), FCCP (8 µM), rotenone/antimycin A (3.5 µM)的顺序
阅读提示:图7图例及“Seahorse XFe24 cell Mito stress assay”方法