摘要
通过构建PMPCB功能缺失转基因斑马鱼模型,验证PMPCB基因变异(c.1079C>G)的致病性,以及其导致MMDS6的分子机制。
采用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建PMPCB功能缺失转基因斑马鱼模型,并通过mRNA浓度筛选、PMPCB野生型及相关突变基因进行挽救验证及转录组测序四个层面,通过观察斑马鱼的表型、行为学、存活率以及ATP的变化情况来鉴定PMPCB功能缺失导致MMDS6的病理生理机制,拟从整体动物水平及分子层面阐明PMPCB(c.1079C>G p.Thr360Arg)的致病机制。
pmpcb基因CRISPANT敲降导致5 dpf斑马鱼幼鱼眼距显著缩小,前脑、中脑、后脑及脑部总面积均显著减小。而体长和眼距体长比无显著变化,行为学测试表明,pmpcb基因功能缺失可导致斑马鱼运动行为异常,尤以暗环境下的应激响应能力受损最为突出。存活率分析显示,pmpcb编辑组斑马鱼在9 dpf时已全部死亡, pmpcb基因CRISPANT敲降导致斑马鱼脑部1660个基因差异表达,富集分析揭示线粒体功能障碍、细胞凋亡、氧化应激及细胞周期调控异常为主要受影响的生物学过程,与PMPCB作为线粒体加工肽酶β亚基的分子功能高度一致。这为pmpcb基因在斑马鱼神经系统发育中的功能提供了系统性的转录组学证据。挽救实验结果显示,注射人源野生型PMPCB mRNA(pmpcb+wt组)可显著挽救pmpcb敲降导致的形态学缺陷,眼距、前脑面积、中脑面积、后脑面积及脑部总面积均恢复至与Cas9对照组无显著差异水平。行为学测试中,pmpcb+wt组在黑暗环境下的移动距离和最大速度均恢复至对照组水平。然而,注射突变型mRNA(pmpcb+mut组,c.1079C>G)未能有效挽救上述表型,中脑面积、脑部总面积、眼距体长比等指标仍与Cas9对照组存在显著差异,且ATP含量检测显示三组(pmpcb、pmpcb+wt、pmpcb+mut)ATP水平均极显著低于Cas9对照组。上述结果提示,c.1079C>G突变导致PMPCB蛋白功能丧失,无法补偿内源pmpcb基因敲降引起的线粒体功能缺陷。
PMPCB基因对斑马鱼中枢神经系统发育和早期存活具有重要作用。c.1079C>G突变通过破坏MPP催化活性导致蛋白功能丧失,线粒体损伤在发育早期具有不可逆性,为临床治疗的时间窗提供了实验依据。
