WDR83基因p.L218P变异通过破坏神经元发育导致神经发育障碍的机制研究

《Scientific Reports》：The p.L218P variant in WDR83 disrupts neuronal development, leading to neurodevelopmental disorder

本研究针对神经发育障碍(NDD)的遗传基础，发现WDR83基因新型de novo变异p.L218P是致病原因。研究人员通过体内外实验证实该变异通过干扰神经干细胞增殖、皮质神经元迁移和树突棘成熟等关键过程，首次确立WDR83作为NDD相关基因。研究成果为理解支架蛋白在脑发育中的作用提供了新视角，对相关疾病的分子诊断和机制研究具有重要意义。

　　

在大脑发育的复杂交响曲中，每一个基因都扮演着独特的角色。当这些基因出现变异时，可能导致神经发育障碍(Neurodevelopmental Disorder, NDD)，表现为智力障碍、发育迟缓和神经系统功能异常。尽管近年来基因检测技术取得了显著进展，但仍有大量NDD病例的遗传病因尚未明确，这为临床诊断和治疗带来了巨大挑战。

在这背景下，WD重复结构域83（WDR83）基因引起了研究人员的关注。这种编码支架蛋白的基因参与调控多种细胞过程，包括细胞信号传导、增殖和自噬。尽管动物研究表明Wdr83基因敲除小鼠在胚胎期死亡，但WDR83基因变异与人类疾病之间的关联至今只有一例报道，其致病机制更是完全未知。

近日发表在《Scientific Reports》的一项研究取得了突破性进展。由Hidenori Tabata、Yuiko Hasegawa、Kumiko Yanagi等研究人员组成的团队发现了一种新型的WDR83基因变异，并深入揭示了其在破坏神经元发育中的关键作用。这项工作不仅为理解神经发育障碍的病因提供了新线索，也拓展了我们对大脑发育分子机制的认识。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：通过对患者进行家系全外显子测序(trio-based WES)发现致病变异；利用子宫内电穿孔技术进行体内功能研究；通过免疫组织化学分析基因表达模式；采用原代海马神经元培养模型进行体外形态学分析；使用Western blotting检测蛋白表达和磷酸化水平。

表达分析揭示WDR83在发育中的大脑皮质表达动态

为了解WDR83在大脑发育中的可能作用，研究人员首先分析了其在小鼠发育过程中的表达模式。免疫组织化学结果显示，在胚胎期E15，WDR83在皮质板(CP)的深层神经元和底板(SP)神经元中高表达，而在中间带(IZ)几乎不表达。值得注意的是，在脑室带(VZ)的顶端表面观察到点状信号，提示WDR83可能在神经干细胞中也有功能。到出生后第0天(P0)，表达见于新皮质、海马、纹状体和梨状皮质，但在主要轴突束如胼胝体中未检测到。至P7，表达水平显著下降。这些发现表明WDR83在胚胎发育早期表达最高，主要位于分化神经元的胞体以及神经干细胞的顶端表面。

WDR83-L218P过表达损害神经干细胞增殖和皮质神经元迁移

通过对一名表现为全面性发育迟缓(GDD)和智力障碍(ID)的日本女性患者进行家系全外显子测序，研究人员发现了一个新型的de novo WDR83变异c.653T>C, p.L218P。为探究其致病机制，他们构建了表达野生型(WT)和变异型WDR83的质粒。

细胞周期分析显示，与WT相比，在E12过表达WDR83-L218P显著降低了神经干细胞的细胞周期再进入指数，表明该变异可能促进神经干细胞提前分化。神经元迁移实验进一步发现，在E14过表达WDR83-L218P的神经元在P2时无法正常迁移至皮质板上部(uCP)，而是大量滞留于中间带(IZ)。尽管中心体-核耦合距离没有显著变化，但迁移缺陷可能与V区神经元产出减少有关。

WDR83-L218P阻碍神经突生长和树突棘形成

神经元形态学研究显示，WDR83-L218P过表达对海马神经元产生了显著的细胞自主性影响。体外实验表明，转染变异型WDR83的神经元其轴突长度和总神经突长度均显著短于WT组。体内实验中，虽然胼胝体轴突投射未受影响，但成功迁移至II/III层的神经元其树突棘头直径显著减小，而树突棘密度和树突分支没有显著变化。这些结果说明p.L218P变异特异性地损害了神经突生长和树突棘成熟。

研究结论与意义

这项研究首次证实WDR83基因的p.L218P变异通过破坏神经元发育的多个关键过程导致神经发育障碍。该变异可能通过显性负性效应或功能获得性机制发挥作用，影响神经干细胞增殖、神经元迁移和突触形成。尽管具体的分子机制尚未完全阐明，但研究结果强烈支持WDR83是新的神经发育障碍相关基因。

值得注意的是，p.L218P变异位于WDR83的WD5结构域，该区域在从果蝇到哺乳动物中高度保守，提示可能存在尚未发现的相互作用蛋白。此外，研究人员未观察到ERK磷酸化水平的显著变化，但不能排除亚细胞定位改变的可能性。

这项研究的发现不仅为理解支架蛋白在大脑发育中的作用提供了新见解，也为相关神经发育障碍的遗传诊断和咨询提供了重要依据。未来研究如能鉴定出与WD5结构域相互作用的蛋白质，将有助于进一步阐明WDR83变异致病的精确分子通路，为开发干预策略奠定基础。