中山大学苏培强课题组首次发现了导致一型轴前多指的遗传突变并揭示了其分子机制

赛业基因敲入小鼠助力一型轴前多指研究

　　

轴前多指(趾)(preaxial polydactyly,PPD)为发生在肢体桡(胫)侧的多余指(趾)，是最常见的先天性手畸形，每10000个新生儿中就有5-19名患儿。根据Temtamy-McKusick分类，PPD一般分为四种亚型：Ⅰ型(PPD I，OMIM 174400)，二指节拇指多指；II型（PPDII，Omim174500），三指节拇指多指（TPT）；III型（PPDIII，OMIM174600），食指多指；IV型(PPD IV，OMIM 174700)，多指并指。其中PPDⅠ最常发生，但其遗传基础尚不清楚。

2019年8月9日，中山大学附属第一医院的苏培强课题组在Genetics in Medicine杂志上发表了题为“A novel ZRS variant causes preaxial polydactyly type I by increased sonic hedgehog expression in the developing limb bud”的文章，首次报道了导致独立发生的PPDI的遗传突变：LMBR 1基因g.101779T>A，该突变导致PPDⅠ可能与HnRNP K介导的SHH表达增强有关。

PPD可以单独发生，也可以作为综合征的一部分伴随其他症状而出现。当它单独发生时，通常涉及单个基因的常染色体显性突变。7q36染色体上LMBR1基因第五内含子中存在约800bp的极化活性区调控序列(ZRS)与大多数类型的PPD相关，表明ZRS突变可导致不同的PPD表型。这一高度保守的大约(800)bp的序列位于其目标基因sonic hedgehog(SHH)上游约1Mb的区域内，是SHH的增强子。ZRS通常控制位于肢芽后部边缘的极化活性区域(ZPA)中的SHH的表达,ZRS中的点突变和重复与前肢芽中SHH的异位表达有关，通常导致PPD表型。然而，在PPD的病理生理学中，特异性ZRS突变对SHH的异位表达产生影响的潜在机制仅被部分阐明。

苏培强课题组采用全基因组基因分型和序列分析，对一个大型的患有独立发生的PPDI的四代家族进行了研究，发现ZRS 在446 bp处的T/A点突变导致了PPDI。然而，在另外7例来自不同家庭的散发性PPDI患者的后续测序中，没有发现ZRS中的突变。一个可能的原因是，散发性PPDI可能是由其他遗传机制引起的。

 
图1. Sanger测序鉴定ZRS在446位点的T/A点突变

接下来，研究人员在CaCO-2细胞、293T细胞和基因敲入小鼠模型中进行了体外和体内功能研究。携带这种ZRS突变的基因敲入小鼠（由赛业生物构建）表现出PPDI表型，伴随着SHH的异位和过度表达。体外功能研究表明HnRNPK与ZRS区域和SHH启动子结合，这种遗传突变增强了HnRNPK与ZRS靶区的结合潜能，促进了SHH的上调，这可能与PPDI有关。

 
图2. 小鼠Lmbr1处的点变体(G.67973T>A)导致PPDI表型和发育肢芽中SHH的过表达

总之，该研究首次报道了了导致PPDI的遗传突变。该点突变可改变HnRNPK在体外与ZRS靶点结合的亲和力，还导致SHH在发育小鼠胚胎肢体中的异位前表达和异位后表达增加。确定其他的远距离顺式调控元件及其相关结合因子，以及来自非编码基因组区域的遗传信息，将加深我们对SHH时空表达异常如何导致多指的理解。
原文检索：
A novel ZRS variant causes preaxial polydactyly type I by increased sonic hedgehog expression in the developing limb bud.
DOI:https://doi.org/10.1038/s41436-019-0626-7.

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