인간 뉴런과 생쥐의 MYT1L haploinsufficiency는 자폐증을 유발합니다

분자정신의학(2023)이 기사 인용

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MYT1L은 자폐 스펙트럼 장애(ASD) 관련 전사 인자로, 평생 동안 거의 모든 뉴런에서 발현됩니다. MYT1L 돌연변이가 신경학적 표현형을 유발하는 방법과 그것이 표적이 될 수 있는지 여부는 여전히 수수께끼로 남아 있습니다. 여기에서는 인간 뉴런과 생쥐에서 MYT1L 결핍이 미치는 영향을 조사합니다. 돌연변이 생쥐는 ASD 환자와 유사한 얇은 피질, 행동 표현형 및 유전자 발현 변화로 신경 발달 지연을 나타냅니다. WNT 및 NOTCH를 포함한 MYT1L 표적 유전자는 MYT1L 고갈 시 활성화되며 이들의 화학적 억제는 시험관 내에서 지연된 신경 발생을 구제할 수 있습니다. MYT1L 결핍은 또한 주요 심장 나트륨 채널인 SCN5A의 상향 조절과 신경 과잉 활동을 유발하며, 이는 유사 분열 후 뉴런에서 shRNA 매개 SCN5A 녹다운 또는 MYT1L 과발현에 의해 회복될 수 있습니다. 나트륨 채널 차단제인 라모트리진의 급성 적용으로 시험관 내 전기생리학적 결함과 생체 내 행동 표현형도 구제되었습니다. 따라서 MYT1L 돌연변이는 발달 및 유사분열 후 신경학적 결함을 모두 유발합니다. 그러나 급성 개입은 성인기의 전기 생리학적 및 행동 표현형을 정상화할 수 있습니다.

자폐 스펙트럼 장애(ASD)는 변화된 사회적 패턴을 포함한 행동 변화를 특징으로 하는 일반적인 신경발달 장애(NDD)입니다[1]. ASD는 종종 간질, 지적 장애, 과잉행동을 포함한 공존 질환과 관련이 있습니다. 신경 전달에 영향을 미치는 유전자 돌연변이는 ASD의 위험을 증가시키고 가능한 치료 목표를 제공합니다[2]. 그러나 ASD의 유전적 이질성은 엄청나며 최근에는 여러 전사 조절 인자가 이 장애 그룹과 연관되어 있습니다. 실제로, 마우스 모델은 Chd8과 같은 염색질 리모델러의 돌연변이와 Smarcc2와 같은 BAF 복합체 구성원이 행동 표현형을 유도할 수 있음을 보여주며[3,4,5,6] ASD의 잠재적인 원인 역할을 시사합니다. 그러나 질병에 대한 이들의 기여와 임상적 관련성은 종종 파악하기 어려운 상태로 남아 있으며[7], 이는 진단 당시 유전자 조절 관련 정신 장애에 대한 표적 치료법의 개발을 제한합니다[8, 9].

ASD(범주 1, [10])와 가장 밀접하게 연관된 91개의 염색질 또는 유전자 조절자 중에서 MYT1L은 평생 동안 거의 모든 뉴런에서 특이적이고 지속적으로 발현됩니다[10,11,12]. MYT1L은 보존된 아연 핑거 전사 인자이며 지적 장애, 정신분열증, 간질 및 ASD로 진단된 환자에서 돌연변이가 보고되었으며[13,14,15,16,17,18], 이는 MYT1L 매개 유전자 조절이 중요할 수 있음을 시사합니다. ASD를 포함한 NDD를 예방합니다. 실제로, 현재 보고된 이형접합성 MYT1L 결실 또는 기능 상실 돌연변이 사례의 98%(51명 중 50명)가 ASD 및/또는 지적 장애로 진단되었습니다[19]. 행동 특징 외에도 MYT1L 돌연변이가 있는 몇몇 환자는 발달 지연, 비만, 발작 및 뇌 기형도 나타냅니다. MYT1L은 과발현 시 섬유아세포를 기능성 뉴런으로 직접 재프로그램할 수 있는 세 가지 원래 인자 중 하나였습니다[20]. MYT1L은 WNT 및 NOTCH를 포함한 여러 발달 경로를 적극적으로 억제함으로써 시험관 내에서 신경 정체성을 향상시킬 수 있는 전사 억제인자입니다. 이는 SIN3/HDAC와 같은 후생적 소음기의 모집을 통해 부분적으로 달성됩니다[21,22,23]. 예기치 않게 재프로그래밍 실험에서는 MYT1L이 근육 및 섬유아세포 유전자와 같은 여러 비뉴런 유전자 프로그램에 결합하고 억제한다는 사실이 밝혀졌으며, 이는 다른 계통 특정 유전자를 침묵시키는 범뉴런 보호 장치로서의 역할을 암시합니다[21, 24, 25]. 실제로 최근 연구에서는 Myt1l 엑손 15의 프레임 이동 돌연변이 또는 엑손 9의 결실로 인해 발생하는 Myt1l 반수체 결핍이 생쥐의 뇌 발달 및 행동 표현형의 변화를 유도한다고 설명했습니다 [26, 27]. 그러나 많은 중요한 질문에 대한 답이 남아 있습니다. 예를 들어, 환자 보고서에 기초하여 제안된 것처럼 뚜렷한 MYT1L 돌연변이가 중복 표현형을 유발하는지 여부는 불분명합니다. 또한 인간 뉴런에서 MYT1L 고갈의 영향을 제시하는 연구는 없습니다. 마지막으로, 신경학적 표현형을 유발하는 분자 메커니즘과 이들이 개입할 수 있는지 여부는 알려져 있지 않습니다.

1). Differential expression was performed on these sub-populations using MAST (version 1.16.0) [42] within Seurat's FindMarkers function (logfc.threshold = 0, min.pct = 0.05, all other parameters default). Sequencing reads are available on NCBI GEO GSE171327./p> 1. E Number of genes deregulated upon Myt1l (+/−) and (−/−) mutation across indicated cell types and MELD clusters. Shown are genes that are down- (blue) or upregulated (red) upon MYT1L deficiency with absolute log2 fold change > 0.1 and p-adj < 0.05. F Genome-wide occupancy profiles of endogenous MYT1L in the prefrontal cortex of wildtype mice determined by CUT&RUN at P0 (n = 3). G Pie charts indicate the distribution of detected MYT1L-bound sites at annotated genomic regions. H The MYT1L DNA-binding motif (AAAGTT) is significantly enriched at bound sites. I Box plots of gene expression changes across the genome (all) and at MYT1L target genes (CUT&RUN peak ± 5 kb from transcription start site) for indicated single cell populations upon Myt1l deletion compared to control. For scRNA-Seq n = 2 for Myt1l (−/−; 10503 cells), (+/−; 13688 cells) and (+/+; 12072 cells), respectively. Bar graph shows mean values, data points from individual animals are displayed, error bars = SEM, unpaired t-test in panel A, Mann–Whitney test in panel I, ****p < 0.0001./p> 0.2 and p-adj < 0.1. E The MYT1L DNA binding motif AAAGTT was significantly enriched at upregulated genes in panel D. F Selected deregulated genes upon MYT1L depletion are displayed as fold change down- (blue) or upregulated (red) compared to isogenic control and number of MYT1L motifs in respective promoters is shown. B-E displays data for representative clone 1. G Ingenuity Pathway Analysis (IPA) of differentially-expressed genes in MYT1L-depleted human induced neurons. The state of activation (red) or inhibition (blue) of a pathway or biological function is represented by a z-score (right-tailed Fisher's exact test). Results are displayed for two clones, 1 and 6 weeks after transcription factor-mediated induced human neurogenesis. n = 4 (clone 1) or n = 5 (clone 2) for (+/fl) and (+/−), respectively. H Reduced TUJ1 protein levels in MYT1L-depleted induced human neurons at day 7 can be restored by WNT and NOTCH inhibition via XAV939 and DAPT with n = 4 (clone 1). Bar graphs show mean values, data points from individual biological replicates are displayed, error bars = SEM, unpaired t-test in panel B and H, **p < 0.01, ***p < 0.001./p>

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