ZMIZ1在伴有面容异常和远端骨骼异常的神经发育障碍(NEDDFSA)中的遗传和功能分析:来自肌肉细胞和信号通路的见解

Genetic and functional analysis of ZMIZ1 in neurodevelopmental disorder with dysmorphic facies and distal skeletal anomalies (NEDDFSA): insights from muscle cells and signaling pathways

作者信息Shan Li, Dafei Zhou, Yuyang Han, Chao Feng, Xuemin Lv, Gang Fu, Xing Wei, Chengai Wu, Chaoji Yu, Zheng Yang
PMID41354990
发布时间2025-12-07
DOI10.1038/s41390-025-04612-x

实验完整度

高

包含患者样本WES、HEK293T和HSkMCs两种细胞模型,以及qPCR、WB、免疫荧光、EdU、划痕、Transwell、RNA-seq、Co-IP/MS等功能和机制验证

主要模型

患者外周血样本(先证者及其父母) 人骨骼肌细胞(HSkMCs) HEK293T细胞

重点核对

HSkMCs分组:Vector、ZMIZ1-WT、ZMIZ1-Mutant;qPCR每组n=3生物学重复 HSkMCs传代≤5代,慢病毒感染时细胞密度50–60%,MOI=5 EdU终浓度10μM,孵育2小时,DAPI复染 划痕实验拍照时间点:0小时、24小时和48小时 RNA-seq差异基因阈值:padj≤0.05且fold change≥2

摘要

背景:ZMIZ1基因突变已被认为与伴有面容异常和远端骨骼异常的神经发育障碍(NEDDFSA)有关。然而,其潜在的细胞和生理机制仍知之甚少。方法:进行外显子测序以鉴定候选变异。采用qPCR、Western blot、免疫荧光、CCK-8和伤口愈合实验评估人骨骼肌细胞(HSkMCs)中的基因功能。使用RNA-seq和免疫共沉淀联合质谱(Co-IP/MS)进行转录组和相互作用组分析。结果:在此,我们在一位NEDDFSA患者中鉴定出ZMIZ1的一个新的新生错义变异c.910G>C(p.A304P)。p.A304P变异显著增加了ZMIZ1 mRNA和蛋白表达水平,并改变了其亚细胞定位。功能实验表明,表达突变型ZMIZ1的HSkMCs增殖和迁移增强。qPCR验证显示TGF-β1信号通路中的关键基因显著失调。转录组分析确定细胞因子-细胞因子受体相互作用通路为最显著富集的通路。此外,我们鉴定出ZMIZ1与转录因子GTF2I之间的新相互作用。结论:我们的研究在ZMIZ1中鉴定出一个与NEDDFSA相关的新可能致病性变异。这些发现为NEDDFSA的细胞和生理机制提供了新见解,突显了ZMIZ1作为多个信号通路中调控枢纽的作用。

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
ZMIZ1基因的p.A304P变异如何影响细胞功能及其在NEDDFSA中可能涉及的信号通路机制?
核心机制
p.A304P变异增强ZMIZ1表达并促进其向细胞核内定位,激活增殖相关基因,干扰TGF-β1信号通路,并通过与GTF2I等转录因子相互作用调控多条信号通路。
主要证据
通过HSkMCs和HEK293T细胞中过表达WT和突变ZMIZ1,结合qPCR、WB、免疫荧光、EdU、划痕、Transwell等功能实验,以及RNA-seq转录组分析和Co-IP/MS相互作用组分析,验证了变异对细胞增殖、迁移和信号通路的影响。
研究意义
研究扩展了ZMIZ1突变谱,首次提供了ZMIZ1在肌肉细胞中功能影响的证据,并为NEDDFSA非神经组织中的细胞机制提供了新见解,可能有助于相关疾病靶向治疗的发展。

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

临床病例与遗传变异鉴定

鉴定NEDDFSA患者中ZMIZ1的候选致病变异

对先证者进行WES,并通过Sanger测序验证c.910G>C(p.A304P)变异;进行保守性分析和三维结构建模。

2

ZMIZ1变异表达与定位分析

评估p.A304P变异对ZMIZ1表达水平和亚细胞定位的影响

在HSkMCs和HEK293T细胞中过表达ZMIZ1-WT或ZMIZ1-Mutant,使用qPCR、WB和免疫荧光检测mRNA、蛋白表达及定位;核质分离WB分析。

3

ZMIZ1变异对细胞功能的影响

验证ZMIZ1 p.A304P变异是否影响肌肉细胞增殖、迁移和侵袭

在HSkMCs中过表达ZMIZ1-WT或Mutant,进行EdU增殖实验、划痕愈合实验和Transwell迁移实验。

4

TGF-β1信号通路基因表达验证

探究p.A304P变异对TGF-β1信号通路关键基因的影响

通过qPCR检测TGFβ1、SMAD2/3/4、ERK1/2和CTGF的mRNA表达水平。

5

转录组测序分析

鉴定ZMIZ1-WT和ZMIZ1-Mutant调控的差异基因和信号通路

对Blank、ZMIZ1-WT和ZMIZ1-Mutant组HSkMCs进行RNA-seq,进行差异基因分析和KEGG/GO富集分析。

6

蛋白质相互作用组分析

鉴定ZMIZ1的相互作用蛋白,特别是转录因子

在HEK293T细胞中转染Flag-ZMIZ1-WT或Mutant,进行Co-IP/MS鉴定相互作用蛋白。

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
QIAamp DNA血液中量提取试剂盒Qiagen--
Nanodrop 2000分光光度计Thermo Scientific--
Dulbecco改良Eagle培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
抗生素-抗真菌剂Gibco--
JetPRIME转染试剂Polyplus--
Trizol试剂Invitrogen--
HiScript III All-in-one RT SuperMix Perfect for qPCRVazyme--
AcceQ Universal SYBR qPCR Master MixVazyme--
ABI PRISM 7500实时系统ABI--
核质分离提取试剂盒InventSC-003
抗FLAG抗体Abcamab205606
抗GAPDH抗体Abcamab181602
抗LaminB1抗体proteintech66095-1-Ig
抗β-actin抗体proteintech20536-1-AP
抗兔IgG二抗KPL5220-0336
ECL Plus试剂Millipore--
Alexa Fluor® 594山羊抗兔IgG二抗ZhongShanJinQiaoZF-0516
PolyJet试剂SignaGenSL100688
BeyoClick™ EdU-594细胞增殖检测试剂盒Beyotime Biotech--
Transwell小室Corning Life Sciences--
Matrigel基质胶BD Biosciences--
TruSeq® RNA样本制备试剂盒Illumina--
Qubit® 2.0荧光计Life Technologies--
Agilent 2100生物分析仪Agilent Technologies--
Illumina NovaSeq 6000测序仪Illumina--
Protein A/G Sepharose珠Santa CruzSC-2003
抗Flag抗体SigmaF1804
完全蛋白酶抑制剂混合物Roche--

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
细胞培养
HSkMCs来源(ScienCell)、培养基(Cell Applications专用生长培养基含10% FBS、1% NEAA、1% ITS、1%抗生素-抗真菌剂)、传代次数≤5代;HEK293T培养基(DMEM+10% FBS+L-谷氨酰胺+1%青霉素-链霉素)
阅读提示:Methods中Cell culture小节
质粒转染
质粒构建(pcDNA3.1-3xFlag-ZMIZ1 WT/mutant)、转染试剂(JetPRIME)、转染时间48小时、对照为空载体
阅读提示:Methods中Plasmids construction and transfection小节
慢病毒感染
慢病毒载体(VP001-CMV-MCS-3xFlag-EF1-ZsGreen-T2A-Puro)、包装质粒(pLP-VSVG, pLP1, pLP2)、转染试剂PolyJet、MOI=5、感染时细胞密度50–60%
阅读提示:Methods中Lentivirus packaging and transduction小节
细胞功能实验
EdU终浓度10μM、孵育2小时;划痕拍照时间0、24、48小时;Transwell使用Matrigel、24和48小时检测;分组均为Vector、ZMIZ1-WT、ZMIZ1-Mutant
阅读提示:Methods中EdU assay、Scratch wound healing assay、Transwell assay小节
RNA-seq分析
差异基因阈值padj≤0.05且fold change≥2;参考基因组GRCh38;比对工具HISAT2;差异分析工具edgeR
阅读提示:Methods中Transcriptome sequencing和Functional analysis of DEGs小节
Co-IP/MS
细胞:HEK293T;转染48小时;抗体:anti-Flag (Sigma, F1804) 25μg;洗涤缓冲液高盐和低盐;洗脱条件:300μl SDS sample buffer煮沸10分钟
阅读提示:Methods中Co-immunoprecipitation and mass spectrometry小节