中文標(biāo)題：YBX1介導(dǎo)的SHANK3啟動(dòng)子甲基化與精神分裂癥有關(guān)

發(fā)表期刊：Advanced Science

影響因子：17.521

中科院分區(qū)：1區(qū)

發(fā)表時(shí)間：2023年3月

合作單位：四川大學(xué)華西醫(yī)院

運(yùn)用技術(shù)：DNA pull down-MS（由輝駿生物提供技術(shù)支持，點(diǎn)擊查看服務(wù)詳情）

● 研究概述：

精神分裂癥（SCZ）是一種嚴(yán)重的精神和神經(jīng)發(fā)育障礙。DNA甲基化在調(diào)節(jié)基因表達(dá)中起著重要作用，而失調(diào)的DNA甲基化參與了各種疾病的發(fā)病機(jī)制。本研究利用DNA甲基化芯片技術(shù)（MeDIP-chip）檢測(cè)了首發(fā)精神分裂癥（FES）患者外周血單個(gè)核細(xì)胞（PBMCs）全基因組DNA甲基化失調(diào)的情況，發(fā)現(xiàn)SHANK3啟動(dòng)子高甲基化。在iPSCs分化的皮質(zhì)中間神經(jīng)元(cINs)中，轉(zhuǎn)錄因子YBX1可以結(jié)合度甲基化的SHANK3啟動(dòng)子，并促進(jìn)SHANK3的表達(dá)。這些研究表明PBMCs中SHANK3的高甲基化可以作為SCZ的潛在外周生物標(biāo)志物。

● 研究路線：

● 研究結(jié)果：

1. FES患者PBMCs全基因組DNA甲基化分析

本研究對(duì)22名FES患者和20名健康對(duì)照（HC）的PBMCs樣本進(jìn)行MeDIP-chip檢測(cè)。每個(gè)染色體的CpG島（CGIs）中富集峰（EPs）的分布如熱圖所示（圖1a）,其2組樣本的分布模式是一致的。FES和HC樣本的896個(gè)差異富集峰（DEPs）位于CGIs，并主要集中在啟動(dòng)子區(qū)（62.28%，圖1c），CGIs中61.17%的DEPs是高甲基化（HyperM）的，38.83%是低甲基化的（HypoM）（圖1e）。FES和HC樣本的710個(gè)DEPs位于啟動(dòng)子區(qū)，其中62.25%位于高CpG啟動(dòng)子（HCP）中（圖1d），啟動(dòng)子區(qū)44.86%的DEPs是HyperM，55.14%是HypoM（圖1f）。此外，計(jì)算每Mb區(qū)域CGI中DEPs的平均數(shù)量（圖1g）和每個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因啟動(dòng)子中的DEPs數(shù)量（圖1h），結(jié)果顯示兩組都在22號(hào)染色體上有高密度分布。所有DEPs注釋基因的前10個(gè)GO條目和富含HyperM的GO條目（圖1i）與SCZ的癥狀和可能的發(fā)病機(jī)制高度相關(guān)，如恐懼反應(yīng)、社會(huì)行為和運(yùn)動(dòng)行為等。

圖1

2、FES患者的SHANK3啟動(dòng)子區(qū)存在高甲基化

在啟動(dòng)子DEPs注釋的所有基因中，SHANK3得分最高，并且啟動(dòng)子區(qū)HyperM前10個(gè)GO條目中的6個(gè)都有SHANK3（圖1i中下劃線）。SHANK3位于染色體22q13上（圖2a1），這里是SCZ發(fā)病相關(guān)的高危區(qū)域。SHANK3蛋白包含SH3、PDZ和SAM結(jié)構(gòu)域，能與多種突觸蛋白相互作用（如圖2a2）。SHANK3啟動(dòng)子中的候選EP區(qū)長(zhǎng)1249bp（圖2a3）。每個(gè)樣本中超過(guò)臨界值(峰值評(píng)分> 2.0)的EP如圖2b所示。候選DEP區(qū)域?yàn)?44bp，通過(guò)感興趣區(qū)域（ROI）分析驗(yàn)證了FES組中的HyperM（圖2c）。

為了評(píng)估SHANK3啟動(dòng)子DNA甲基化的潛在臨床意義，分析了其與皮層表面積和PANSS（陽(yáng)性和陰性癥狀量表）評(píng)分的相關(guān)性。FES組不同大腦區(qū)域的皮層表面積普遍減少（圖2d、e）。在FES組中，左側(cè)顳下皮質(zhì)的面積與ROI的甲基化水平呈負(fù)相關(guān)（圖2f）。ROI的HyperM只與陰性癥狀量表（圖2g）特別相關(guān)。

圖2

3、人iPSCs分化的皮層中間神經(jīng)元（cINs）中存在SHANK3啟動(dòng)子的高甲基化

采用受試者iPSCs分化的cINs和GNs（大腦皮層的2個(gè)主要神經(jīng)元）來(lái)探索SCZ中SHANK3表達(dá)和DNA甲基化的失調(diào)?；颊遡PSCs分化為cINs（圖3a）并進(jìn)行免疫組化確認(rèn)，大多數(shù)細(xì)胞表達(dá)神經(jīng)元標(biāo)記物