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全自动Digital Western Blot揭示多小脑回畸形发病新机制

2021-11-03

日本横滨市立大学医学研究生院的科学家,利用全自动Digital Western Blot,研究多小脑回畸形发病新机制,相应结果发表在Science Advances(IF:14.136):De novo ATP1A3 variants cause polymicrogyria.

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研究背景

多小脑回畸形

当神经母细胞增殖、分化、迁移或皮质组织在人类大脑发育过程中被中断时,就会发生皮质发育畸形。多小脑回是皮质发育畸形的一种常见形式,表现为存在许多异常小的脑回,产生不规则且融合的皮质表面。临床上,多小脑回导致各种神经系统症状,如癫痫、智力障碍和口运动功能受损。

多小脑回畸形常见发病机制和临床特征

编码α3-subunit的ATP1A3中的显性突变导致ATP1A3相关疾病的特征性功能性脑疾病,其至少具有三种不同的表型:儿童交替性偏瘫(AHC);快速发作性肌张力障碍帕金森综合征(RDP)和小脑性共济失调、反射消失、弓形足、视神经萎缩和感音神经性耳聋(CAPOS)。同时,ATP1A3的显性突变也会导致各种形式的发育性和癫痫性脑病,例如伴有或不伴有呼吸暂停的早期婴儿癫痫和脑病(EIEE)、伴有小脑共济失调的复发性脑病或发热引起的阵发性无力和脑病。

研究内容

日本横滨市大学医学院人类遗传学教研室的Satoko Miyatake等科学家,对124名患有多小脑回的患者进行了全外显子组测序,在8名患者中发现了de novo ATP1A3变体,且这8名患者没有表现出AHC、RDP或CAPOS的临床特征,而是出现了完全不同的表型:严重形式的多小脑回,伴有癫痫和发育迟缓。与AHC、RDP或CAPOS相关变体相比,检测到的变体在ATP1A3中具有不同的位置和不同的功能特性。在发育中的小鼠大脑皮层中,最严重患者过度表达ATP1A3变体的神经元中径向神经元迁移受损,表明该变体参与了皮质畸形的发病机制。

全自动Digital Western Blot检测技术揭示ATP1A3损害

Na+/K+ATPase亚基之间相互作用的分子机制

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利用全自动Digital Western Blot检测发现,与野生型相比,所有多小脑回相关变体的ATP1A3和成熟β1亚基的表达均降低,表明αβ-异二聚体的结合、折叠或运输受损。免疫共沉淀后,用全自动Digital Western Blot分析ATP1A3和ATP1B1(形成Na+/K+ATPase β亚基的蛋白之一)的结合。结果表明,多小脑回相关变体既影响了与β1-亚基的结合,也影响了αβ-异二聚体的正确折叠。最后用全自动Digital Western Blot检测了ATP1A3不同变体在细胞质、细胞器和质膜部分中ATP1A3和β1-亚基的相对表达,发现多小脑回相关变体在质膜组分中,ATP1A3和成熟的β1-亚基表达低。表明高尔基体中的两个亚基之间存在关联机制,以及它们随后向膜的异常运输。

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