《PNAS》報道造成新生兒缺陷的關鍵基因

貝勒大學醫學院的研究人員證實22q11.2區的crkl基因突變可導致新生兒泌尿生殖系統發育障礙。

第22號染色體是人類第二小的一條染色體，也是第一個完成測序的染色體，全長包括500-600個基因。

22號染色體的22q11.2區一直是出生缺陷研究的熱點區域。大約1/4000的新生兒存在著22q11.2區的變異問題，這造成了大約40個基因的缺失或重複拷貝。

22q11.2微缺失對身體系統發育影響很廣，程度和具體表現都不一樣，這一區域的許多基因目前都沒有得到很好的了解。只知道有時會造成心臟發育和功能障礙，有時是免疫系統，有時是顱面部的嚴重破壞，還有時是認知和行為問題。其中約30%的患者出現泌尿生殖系統發育異常和上、下呼吸道缺陷，這些患者被統稱為DiGeorge綜合征或22q11.2微缺失綜合征。

作為DiGeorge綜合征的一部分或孤立的先天性畸形的一種，先天性的泌尿生殖系統缺陷是最常見的出生缺陷之一。每250名足月男嬰之中便有1人因隱睾和尿道下裂被定義為泌尿生殖系統出生缺陷。該出生缺陷也是Dolores Lamb博士實驗室多年來的研究焦點。

Lamb說：「大約12年前，我們開始用陣列比較基因組雜交技術（array comparative genomic hybridization）來研究泌尿生殖系統的先天性缺陷。它本質上是一種具有很高解析度的分子核型（molecular karyotype），讓我們看到染色體區域的微小缺失或增加。使用這種技術我們比較分析了大量的尿道下裂或隱睾患兒的染色體，約20%的人的不同染色體上的特定區域具有微缺失（microdeletions）或微重複（microduplications），其中就包括了22q11.2區。但是，這些孩子並非DiGeorge綜合征患者（先天性無胸腺或胸腺發育不全）。」通過基因測序研究人員還發現，發生變化的基因是從頭合成（de novo）的，意味著父母體內不存在這些變化。

Lamb和同事們覺得22q11.2區的基因最有可能參與了泌尿生殖系統發育異常，如果能找到並破解相關基因的功能，就可以開發具有針對性的診斷工具和潛在的治療手段。

用患者基因組數據和動物模型理解泌尿生殖系統缺陷

找到這些與發育障礙有關的基因的過程，就好比不給你設計圖，卻讓你從一架複雜的、老舊的機器中找到缺失或發生改變的零件。因此，科學家們使用了多種策略來尋找候選基因，同時在體外體內模型中測試它們的功能。

Lamb課題組採用了一個雙管齊下的方法。他們使用了同時具有生殖異常癥狀的DiGeorge綜合征患者的基因樣本，重點檢查了22q11.2區基因缺失和重複的拷貝數量變異。得益於科學家們對潛在信號通路的了解，憑藉著僅有的一點線索，他們很快鎖定了一個名叫CRKL的基因，該基因的缺失或重複最有可能參與了泌尿生殖系統的發育障礙。

進一步的分析表明，人類胎兒的多處組織都表達CRKL，包括新、肝、肺、骨骼肌、脾臟、胸腺、腦和腎，這些器官都與DiGeorge綜合征有關。小鼠和人類的整個發育過程，包括泌尿生殖道發育，CRKL都持續的輕微表達，這使研究人員更加確定CRKL參與了生殖系統發育。

由於該基因在正常人體內具有2個拷貝（1個來自母親，1個來自父親），因此研究人員構建了幾種基因工程缺陷型小鼠：一組小鼠缺少2個拷貝的crkl；另一組小鼠只敲除1個拷貝的crkl。缺乏2個拷貝的小鼠在胚胎髮育時期就死亡了；類似人類患者，缺乏1個crkl拷貝的雄性小鼠出現隱睾症，隨著年齡的增長，還導致了雄性小鼠的不育症。兩組小鼠的胚胎生長都明顯受到了限制。除了神經、心臟等先天缺陷外，約23%的小鼠表現出嚴重的腎臟異常。

轉錄組表達分析結果顯示，crkl調節泌尿系統發育的過程至少有52個DNA的轉錄表達相關。

Lamb說：「我們的數據表明22q11.2區CRKL的基因劑量變化，任意拷貝的缺失都可導致泌尿生殖系統和腎臟的發育障礙，CRKL屬於部分外顯，因此不同個體（人類和老鼠）之間的嚴重程度有所不同。」

研究表明22q11.2區的CRKL可作為評估DiGeorge綜合征新生兒其他出生缺陷的基因診斷依據，臨床有必要對該基因突變型患兒進行提早治療或預防。華人團隊《Nature》子刊報道糖尿病孕婦與新生兒缺陷的致病機理

這項研究更深遠的意義在於，由於22q11.2區影響著大腦發育、行為和認知功能，包括自閉症、精神分裂症、躁鬱症、聽力或自身免疫性缺陷等等。泌尿生殖系統可能不是唯一需要進行臨床評估的項目，因此，利用本實驗搭建的研究平台，可加速其他新生兒缺陷的早期診斷和治療開發。

原文標題

Murine model indicates 22q11.2 signaling adaptor CRKL is a dosage-sensitive regulator of genitourinary development

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