JKAMP双等位基因功能缺失变异导致与GPR37转运失调相关的神经发育综合征

Bi-allelic loss-of-function variants in JKAMP cause a neurodevelopmental syndrome associated with dysregulation of GPR37 trafficking

作者信息Pilar Chacon-Millan, Antonella Delicato, Arif Mahmood, Alfonsina Tirozzi, Jlenia Monfregola, Karine Duroure, Malo Serafini, François Kroll, Océane El-Hage, Somaya Salah, Osama M Atawneh, Tahir Atik, Enise Avcı Durmusalioglu, Esra Isik, Naif A M Almontashiri, Brahim Tabarki, Moien Kanaan, Grace Rabie, Telethon Undiagnosed Diseases Program, Annalaura Torella, Carmine Spampanato, Domenica Immacolata Battaglia, Anais Begemann, Katharina Steindl, Anita Rauch, Markus Zweier, Mj Hajianpour, Karlla W Brigatti, Amal Alhashem, Reza Maroofian, Eva Feigerlova, Laetitia Lambert, Francois Feillet, Mary-Alice Abbott, Alfonso Manuel D'Alessio, Claudia Gonzaga-Jauregui, Marcel Tawk, Maria Antonietta De Matteis, Filippo Del Bene, Marcella Zollino, Vincenzo Nigro, Rossella Venditti, Brunella Franco, Manuela Morleo
PMID41643666
发布时间2026-03-05
DOI10.1016/j.ajhg.2026.01.008

实验完整度

高

包含患者队列遗传分析、斑马鱼敲除模型、细胞功能实验(siRNA、CRISPR敲除)及机制研究(蛋白降解、膜定位分析)等多个证据层级。

主要模型

HeLa细胞系 SH-SY5Y神经母细胞瘤细胞系 患者来源成纤维细胞 斑马鱼jkamp敲除模型

重点核对

人源细胞系:HeLa、SH-SY5Y、患者成纤维细胞 斑马鱼F0敲除:CRISPR-Cas9 RNP注射,靶向jkamp三个外显子 JKAMP敲低/敲除:siRNA(100 nM)或CRISPR-Cas9 GPR37膜定位检测:非透化免疫荧光、质膜分离 蛋白稳定性:CHX追踪(100 μg/mL)

摘要

内质网是蛋白质稳态的关键枢纽,维持严格的质量控制系统,确保只有正确折叠的蛋白质到达其目的地,而未折叠蛋白则通过内质网相关降解或选择性内质网自噬被降解。JKAMP编码一种参与内质网相关降解的内质网驻留跨膜蛋白,此前尚未与人类疾病相关联。在此,我们报道了来自10个无关家庭的14名受影响个体携带JKAMP双等位基因功能缺失变异,表现为以智力障碍、发育迟缓、癫痫、肌张力低下、小头畸形和面部畸形为特征的神经发育综合征。缺乏jkamp的斑马鱼体内模型重现了人类疾病的关键方面,包括发育异常和髓鞘生成受损,进一步证实了其致病作用。机制研究确定GPR37(一种脑富集的孤儿G蛋白偶联受体,已知的JKAMP相互作用因子)是关键的效应分子。GPR37在多巴胺能信号传导、炎症性疼痛调节、神经保护和髓鞘形成中发挥重要作用。JKAMP缺失导致GPR37折叠和降解缺陷,使其在内质网内蓄积并损害其向质膜的转运,可能是由于内质网质量控制受损。这些发现将JKAMP确立为人类神经发育的先前未被认识的贡献者,并揭示了一种将内质网蛋白质质量控制与GPCR调节和神经系统疾病联系起来的致病机制。

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
JKAMP双等位基因功能缺失变异是否导致人类神经发育疾病及其分子机制。
核心机制
JKAMP作为内质网相关降解因子,通过促进GPR37降解来调节其质量控制和转运;JKAMP缺失导致GPR37折叠和降解障碍,在内质网蓄积,质膜定位减少。
主要证据
14名患者携带JKAMP双等位基因功能缺失变异;斑马鱼jkamp敲除模型出现小头畸形和髓鞘形成受损;细胞实验显示GPR37蛋白水平升高、降解减慢、质膜定位减少。
研究意义
该研究将JKAMP确立为神经发育障碍的致病基因,并揭示内质网蛋白质质量控制与GPCR调节及神经发育疾病之间的机制联系,为未来靶向治疗奠定基础。

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

患者队列遗传分析

鉴定JKAMP双等位基因变异与神经发育表型的关联

通过外显子组或基因组测序对10个家庭14名受影响个体进行变异鉴定和分类,遵循ACMG指南。

2

蛋白质结构建模分析

评估错义突变对JKAMP蛋白结构的影响

使用AlphaFold预测结构,通过PyMOL分析突变(p.Gly37Glu, p.Asp127Gly, p.Glu148Gly)对极性相互作用的影响,并用DynaMut2和mCSM-membrane预测稳定性变化。

3

体外细胞模型验证突变影响

检测JKAMP突变体在细胞内的定位和聚集情况

在HeLa细胞中转染野生型或突变体FLAG-JKAMP,免疫荧光检测与内质网标志物VAPA的共定位及是否形成聚集体。

4

斑马鱼体内功能验证

验证斑马鱼jkamp功能缺失是否重现人类疾病表型

通过CRISPR-Cas9在斑马鱼胚胎中敲除jkamp,观察形态学变化和髓鞘形成,通过原位杂交和RT-qPCR测量mbpa表达。

5

细胞模型机制研究

阐明JKAMP缺失对GPR37蛋白稳定性、降解和转运的影响

在HeLa(siRNA)、SH-SY5Y(CRISPR KO)和患者成纤维细胞中,通过western blot、RT-qPCR、免疫荧光和质膜分离检测GPR37水平、降解速率和亚细胞定位。

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
杜氏改良伊格尔培养基Gibco41965-062
杜氏改良伊格尔培养基/F12营养混合物(1:1)Gibco11320-033
PrimeSTAR Max DNA聚合酶TakaraR045Q
In-Fusion HD克隆试剂盒Takara639648
Lipofectamine LTX试剂及PLUS试剂Invitrogen15338-100
JKAMP ON-TARGETplus siRNADharmaconL-016876-02-0010
对照siRNA(非靶向池)DharmaconD-001810-10-20
Lipofectamine RNAiMAX试剂Thermo Fisher Scientific13778075
HiFi Cas9核酸酶IDT1081060
Amaxa核转染系统LonzaVCA-1003
抗β-肌动蛋白抗体SigmaA5441
抗FLAG抗体Sigma-AldrichF1804
抗GAPDH抗体Santa Cruz32233
抗GPR37抗体Proteintech14820-1-AP
抗JKAMP抗体NovusNBP2-36446SS
抗Na+/K+ ATPase抗体Abcamab7671
抗钙联蛋白抗体Santa Cruz23954
抗LAMP1抗体R&D SystemsAF4800
抗VAPB抗体Proteintech66191-1-Ig
Alexa Fluor 488或Alexa Fluor 594偶联的二抗Invitrogen--
Hoechst染料Sigma-Aldrich33342
Mowiol封片剂Millipore475904
麦胚凝集素Alexa Fluor 488偶联物InvitrogenW11261
RIPA裂解缓冲液----
质膜蛋白提取试剂盒Abcamab65400
DIG RNA标记试剂盒Roche11175025910
NBT-BCIP底物Roche11681451001
TRIzol试剂Invitrogen155960
TURBO DNA-free处理AmbionAM1907
SuperScript III第一链合成系统Invitrogen18080051
SYBR Green PCR预混液Applied Biosystems43687
QuantStudio 6 PCR系统Applied Biosystems--
蔡司LSM800共聚焦系统Zeiss--
徕卡MZ10-F显微镜Leica--
徕卡DFC310 FX相机Leica--

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
遗传分析
外显子组或基因组测序方法、变异过滤流程、ACMG分类标准
阅读提示:Methods: Variant identification and classification
斑马鱼模型
CRISPR-Cas9 RNP注射浓度、靶向外显子、对照注射
阅读提示:Methods: Generation of jkamp F0 knockout larvae
细胞培养与转染
细胞类型(HeLa, SH-SY5Y, 成纤维细胞)、培养条件、转染试剂及DNA量
阅读提示:Methods: Cell culture and treatments; Cloning procedures
siRNA敲低
siRNA浓度、转染试剂、敲低持续时间
阅读提示:Methods: RNAi
CRISPR敲除
gRNA序列、Cas9来源、电转系统
阅读提示:Methods: Generation of JKAMP full knockout SH-SY5Y cells
蛋白检测
抗体目录号、裂解缓冲液、凝胶浓度
阅读提示:Methods: Western blot