自闭症谱系障碍的神经元蛋白质相互作用网络研究

会开放获取预览自闭症谱系障碍的神经元蛋白质相互作用网络露西·K比克斯，1，5凯瑟琳韦德艾林，1，5和丹尼尔H。Geschwind1，2，3，4，*1美国加州大学洛杉矶分校David Geffen医学院神经病学系2加州大学洛杉矶分校大卫格芬医学院塞梅尔研究所精神病学和生物行为科学系关闭CA，USA3美国加州大学洛杉矶分校大卫格芬医学院塞梅尔研究所自闭症研究和治疗中心4美国加州大学洛杉矶分校David Geffen医学院人类遗传学系5作者贡献相等* 通讯地址：https://doi.org/10.1016/j.xgen.2023.100279dhg@mednet.ucla.edu自闭症谱系障碍（ASD）中涉及的罕见蛋白质破坏风险变体如何相互作用或功能收敛尚不清楚。Pintacuda等人1在诱导的人类神经元中进行蛋白质组学研究，并确定了1,000多种相互作用，其中90%以前没有报道过，强调了ASD中细胞类型和亚型特异性蛋白质相互作用的重要性神经精神疾病研究目前的指导原则是，了解遗传风险因素将引导我们对这些疾病的机制性理解在自闭症谱系障碍（ASD）中，已经鉴定了数百个风险基因，并且涉及 与 突 触 信 号 传 导 、 Wnt 信 号 传 导 、mTOR通路和染色质重塑相关的通路。2、单细胞转录组学已经能够鉴定细胞类型、发育时间点和风险基因可能会聚的细胞过程。已知ASD风险基因的表达集中在但不限于兴奋性神经元和胎儿大脑发育期间表达峰值的时间。3，4虽然基因组学和转录组学已经使人们了解了ASD遗传风险的基本生物学，但除此之外，5-在这里，Pintacuda等人。1为ASD风险基因的子集创建人类神经元蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络。通过在人类干细胞衍生的神经元中实验性地探测ASD相关PPI，作者创造了前所未有的资源。事实上，在超过1,000种已鉴定的相互作用中，约90%是新的，潜在的，这主要是因为大多数以前的蛋白质相互作用研究是在非神经细胞系或组织中进行的。这项工作，以及探测小鼠皮层神经元中ASD风险基因PPI的数据，这表明大多数神经相关PPI可能是未知的。作者揭示了网络中与疾病无关的基因，并确定了与相关疾病途径相关的特定亚型的新相互作用。这说明了询问与神经精神疾病有关的基因的细胞类型特异性蛋白质相互作用组以了解其分子机制的巨大重要性。PPI网络由13个与ASD8相关的最高置信度风险基因建立（图1）。通过免疫沉淀（IP）这些指标蛋白，然后通过质谱法建立干细胞衍生的神经元蛋白-2诱导的兴奋性神经元（iN）中的PPI，并通过液相色谱和串联质谱法（LC-MS/MS）进行定量。通过富集指标蛋白（图1），证明重复率大于80%，以及通过蛋白质印迹进行验证，评估每个IP-MS实验的质量。每个索引蛋白鉴定出3个（PTEN）和604个（DYRK1A）之间的相互作用物，相互作用蛋白之间几乎没有重叠在一个独立的实验中，在死后的人类大脑皮层，一个更异质的材料，作者观察到适度的复制蛋白质互动者（~40%），这可能反映了细胞类型特异性、发育差异或技术影响。尽管如此，一组重叠的互动者体外诱导的神经元与人脑的神经元之间有很高的可信度。作者强调，这些PPI网络可用于提名新的ASD风险基因和收敛路径。他们制作了一个他们继续优先考虑高度相互作用的蛋白质，以发现ASD相互作用组中的核心参与者。鉴定的大多数相互作用物特异于一种索引蛋白。但是，胰岛素样生长因子2mRNA结合蛋白（IGF 2BP 1 -3），共同形成m6 A-阅读器复合物，高度相互连接，每个与至少5个指标蛋白相互作用，表明这些蛋白质可能是ASD风险的会聚生物途径中的主要介质（图1）。要证实这一点，需要一套扩大的风险基因PPI。作者还利用已发表的批量RNA测序（RNA-seq）数据来证明支持其确定PPI的共表达模式。有趣的是，他们的PPI网络与ASD中第II/ III层皮层神经元中差异表达的基因重叠。9这补充了转录组学研究，该研究确定了ASD风险基因表达在发育中的II/III层投射神经元中的富集，这些投射神经元位于半球间和皮质-皮质下。CellGenomics 3，100279，March 8，2023？作者。1这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。会开放访问预览图1.Pintacuda等人的方法、关键发现和潜在的未来方向总结本文建立的PPI网络来自迄今为止最大规模的罕见变异研究中与ASD相关的基因。然后通过免疫沉淀（IP）实验在干细胞源性神经元蛋白-2诱导的兴奋性神经元（iNs）中建立8个PPI。主要发现包括神经元和亚型特异性和经常性蛋白质相互作用。未来的发展方向可能包括将细胞类型特异性蛋白质组学与其他功能基因组学模式相结合和数据连通性。3这些PPI数据支持ASD在这类神经元上的收敛。此外，作者还关注了整合膜蛋白Ankl2（ANK2），该蛋白具有多种亚型，包括保留巨大外显子（外显子37）的神经元特异性转录物。使用CRISPR-Cas9编辑策略 ， 作 者 产 生 了 不 能 产 生 巨 大 ANK 2（ANK 2 KO）同时保留其他同种型的修饰系。虽然iN在ANK2 KO细胞系中不能存活，但神经祖细胞（NPC）的蛋白质组学分析揭示了许多疾病相关的相互作用，这些相互作用需要巨大的外显子，互动（图1）。巨大外显子携带许多患者突变，因此这些神经元特异性相互作用可能是ANK2相关突变增加ASD风险的重要机制。这项令人兴奋的工作为ASD风险基因的扩展PPI研究提供了理论基础和框架，同时突出了许多问题，以探索现有的功能基因组数据（图1）。罕见的新生和常见的遗传变异是否存在于相同的PPI网络中，类似于罕见的新生和传播变异？在单细胞神经元RNA-seq数据集中识别的共表达模块与PPI网络重叠识别？如果是这样的话，单细胞RNA共表达模块可以在IP感受态抗体不可用的情况下或在询问较难接近的细胞类型和组织内的PPI网络时提供见解。虽然目前尚不清楚是什么机制驱动了细胞类型特异性PPI网络中观察到的差异，但现有的RNA-seq数据可能会提供有关细胞类型特异性亚型表达作用的见解。事实上，转录组学工作表明，富含细胞类型的蛋白质同种型包含大量的疾病相关信号。图10这里的结果表明，细胞类型特异性转录组询问2Cell Genomics3，100279，2023预览会开放获取应该通过进一步探测细胞类型特异性PPI来补充疾病。Pintacuda及其同事不仅为ASD领域提供了宝贵的资源，而且还激励我们在研究ASD遗传学中的一个紧迫问题时考虑细胞类型特异性蛋白质组学：风险基因如何相互作用并在功能上会聚以影响细胞表型？致谢我们感谢Geschwind实验室的成员进行了有益的讨论 ， 并 感 谢 NIH 资 助 D.H.G. (NIMH ： U01MH115746、R01 MH110927、R01 MH100027）和K.W.E. （NIEHS：K00 ES032608），以及西蒙斯基金会的资助。申报利益作者声明没有竞争利益。引用1. Pintacuda，G.，徐玉H. H. Tsafou，K.，Li，K.W.，马丁，J.M.，Riseman，J.，Biagini，J.C.，Ching，J.K.T.，Mena，D.，冈萨雷斯-洛萨诺文学硕士，等（2023年）。在人类诱导神经元中的蛋白质相互作用研究表明，融合生物学是自 闭症 谱 系障 碍 的基 础。 Cell Genom. 3 ，100250。2. dela Torre-Ubieta ， L. ， Won， H. ， Stein ，J.L.， 和Geschwind，D. H. （2016年）。通过遗 传 学 促 进 对 孤 独 症 发 病 机 制 的 认 识 .Nat.Med.22，345-361.3. Parikshak ， N.N. ， 罗 河 ， 巴 西 - 地 Zhang ，A.，Won，H.，Lowe ，J.K.，Alfred ，V.，Horvath ， S.， 和 Geschwind ， D. H. （ 2013年）。综合功能基因组分析暗示自闭症的特定分子通路和电路。155号牢房1008- 10214. Polioudakis，D.，de la Torre-Ubieta，L.， 兰格曼，J。，Elkins，A.G.，施，X.，Stein，J.L. ， Vuong ， C.K. ， Nichterwitz ， S. ，Gevorgian，M.，C.K.奥普兰，等（2019）。妊娠中期人类新皮质发育的单细胞转录组图谱。神经元103，785-801.e8。5. 科罗米纳斯河杨，X.，Lin，G.N.，Kang，S. ， 沈 ， Y. ， Ghamsari ， L. Broly ， M. ，Rodriguez，M.，Tam，S.，Trigg，S.A.，等（2014年）。来自大脑的选择性剪接异构体的蛋白质相互作用网络与自闭症的遗传风险因素有关。国家通信536506. Murtaza ， N. ， Cheng ， A.A. ， 布 朗 ， 指 挥官，Meka，D.P.，Hong，S.，Uy，J.A.，El-Hajjar ， J. ， Pipko ， N. ， Unda ， B.K. ，Schwanke，B.，等人（2022年）。自闭症风险基因的神经元特异性蛋白质网络映射识别了共享的生物学机制和疾病相关的病理学。单元代表41，111678。7. Sakai，Y.，肖CA道森，不列颠哥伦比亚省，Dugas ， D.V. ， Al-Mohtaseb ， Z. ， Hill ，D.E.，和佐格比，H.Y.公司（2011年）。蛋白质相互作用组揭示了 自 闭 症 障 碍 之 间 的 会 聚 分 子 途 径 。 Sci.Transl. Med.3，86ra49.8. Satterstrom，F.K.，Kosmicki，J.A.，王杰，布林，硕士，De Rubeis，S.，J.Y.，Peng，M. ， 柯 林 斯 河 Grove ， J. ， 克 莱 湖 ， 等 人（2020年）。大规模外显子组测序研究暗示自闭 症神 经生 物学 的 发育 和功 能变 化 。细 胞180，568-584.e23。9. Velmeshev ， D. ， 希 尔 默 湖 ， Jung ， D. ，Haeuss-ler，M.，佩雷斯，Y.，Mayer ，S.，Bhaduri，A.，Goyal，N.，罗维奇，D.H.，和Kriegstein，A.R.（2019年）。单细胞基因组学鉴定自闭症的细胞类型特异性分子变化。Science364，685-689.10. Gandal，M.J.张，P.，Hadjimichael，E.，沃克 ， RL ， 陈 春 ， Liu ， S. ， Won ， H. ，vanBakel，H.，Varghese，M.，王玉，等人（2018年）。ASD、精神分裂症和双相情感障碍 的 全 转 录 组 亚 型 水 平 失 调 科 学 362 ，eat8127。细胞基因组学3，100279，2023年3月8日3