Biểu hiện của SHANK3 trong vỏ não thời gian của bệnh nhân bị động kinh khó chữa và mô hình động kinh ở chuột

Springer Science and Business Media LLC - Tập 37 - Trang 857-867 - 2016
Yanke Zhang1, Baobing Gao2, Yan Xiong1, Fangshuo Zheng1, Xin Xu1, Yong Yang1, Yida Hu1, Xuefeng Wang1,3,4
1Department of Neurology, The First Affiliated Hospital of Chongqing Medical University, Chongqing, China
2Department of Neurology, Chongqing General Hospital, Chongqing, China
3Center of Epilepsy, Beijing Institute for Brain Disorders, Beijing, China
4Chongqing Key Laboratory of Neurology, Chongqing, China

Tóm tắt

Protein SH3 và nhiều lặp ankyrin (ANK) 3 (SHANK3) là một protein xây dựng khung synap phong phú trong mật độ postsynaptic của các synap kích thích. SHANK3 đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành và trưởng thành của các synap kích thích. Trong não, SHANK3 tương tác trực tiếp hoặc gián tiếp với nhiều phân tử synap khác nhau bao gồm thụ thể N-methyl-D-aspartate, thụ thể glutamate kiểu chuyển hóa (mGluR) và thụ thể acid 3-amino-5-hydroxy-4-isoxazolepropionic. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng rối loạn phổ tự kỷ là kết quả của các đột biến của các isoform chính của SHANK3, có thể do thiếu hụt trong truyền dẫn synap kích thích và tính dẻo. Gần đây, ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy việc biểu hiện quá mức SHANK3 có thể gây ra co giật in vivo. Tuy nhiên, rất ít thông tin về vai trò của SHANK3 trong động kinh thùy thái dương khó chữa (TLE). Do đó, chúng tôi đã nghiên cứu mẫu biểu hiện của SHANK3 ở những bệnh nhân mắc động kinh thùy thái dương khó chữa và trong các mô hình độngkinh do pilocarpine gây ra. Phân tích miễn dịch huỳnh quang, hóa mô miễn dịch và phân tích western blot đã được sử dụng để định vị và xác định biểu hiện của SHANK3 trong vỏ neocortex thời gian của bệnh nhân động kinh, và trong hồi hippocampus và vỏ thùy thái dương của chuột trong mô hình động kinh do pilocarpine gây ra. Huỳnh quang được gắn đôi cho thấy rằng SHANK3 chủ yếu được biểu hiện ở các neuron. Phân tích western blot xác nhận rằng biểu hiện của SHANK3 tăng lên trong vỏ neocortex của bệnh nhân TLE và chuột. Những kết quả này cho thấy rằng SHANK3 tham gia vào bệnh lý của động kinh.

Từ khóa

#SHANK3 #động kinh thùy thái dương khó chữa #protein xây dựng khung synap #biểu hiện #mô hình chuột

Tài liệu tham khảo

Arons MH et al (2012) Autism-associated mutations in ProSAP2/Shank3 impair synaptic transmission and neurexin-neuroligin-mediated transsynaptic signaling. J Neurosci 32:14966–14978. doi:10.1523/JNEUROSCI.2215-12 Baron MK et al (2006) An architectural framework that may lie at the core of the postsynaptic density. Science 311:531–535. doi:10.1126/science.1118995 Beleza P (2009) Refractory epilepsy: a clinically oriented review European neurology 62:65–71. doi:10.1159/000222775 Boccuto L et al (2013) Prevalence of SHANK3 variants in patients with different subtypes of autism spectrum disorders. Eur J Hum Genet 21:310–316. doi:10.1038/ejhg.2012.175ejhg2012175 Bonaglia MC et al (2011) Molecular mechanisms generating and stabilizing terminal 22q13 deletions in 44 subjects with Phelan/McDermid syndrome. PLoS Genet 7:e1002173. doi:10.1371/journal.pgen.1002173 Borges K, Gearing M, McDermott DL, Smith AB, Almonte AG, Wainer BH, Dingledine R (2003) Neuronal and glial pathological changes during epileptogenesis in the mouse pilocarpine model. Exp Neurol 182:21–34 Bozdagi O et al (2010) Haploinsufficiency of the autism-associated SHANK3 gene leads to deficits in synaptic function, social interaction, and social communication. Molecular autism 1:15. doi:10.1186/2040-2392-1-15 Brooks-Kayal A (2010) Epilepsy and autism spectrum disorders: are there common developmental mechanisms? Brain Dev 32:731–738. doi:10.1016/j.braindev.2010.04.010 Costales JL, Kolevzon A (2015) Phelan-McDermid syndrome and SHANK3: implications for treatment neurotherapeutics: the journal of the American society for experimental. NeuroTherapeutics 12:620–630. doi:10.1007/s13311-015-0352-z Durand CM et al (2012) SHANK3 mutations identified in autism lead to modification of dendritic spine morphology via an actin-dependent mechanism. Mol Psychiatry 17:71–84. doi:10.1038/mp.2011.57 Fang M et al (2016) Neuroligin-1 knockdown suppresses seizure activity by regulating neuronal hyperexcitability. Mol Neurobiol 53:270–284. doi:10.1007/s12035-014-8999-8 Feinstein AR (1970) The Pre-therapeutic classification of Co-morbidity in chronic disease. J Chronic Dis 23:455–468 Figura MG et al (2014) Seizures and EEG pattern in the 22q13.3 deletion syndrome: clinical report of six Italian cases. Seizure 23:774–779. doi:10.1016/j.seizure.2014.06.008 Grabrucker AM et al (2011a) Concerted action of zinc and ProSAP/Shank in synaptogenesis and synapse maturation. EMBO J 30:569–581. doi:10.1038/emboj.2010.336 Grabrucker AM, Schmeisser MJ, Schoen M, Boeckers TM (2011b) Postsynaptic ProSAP/Shank scaffolds in the cross-hair of synaptopathies. Trends Cell Biol 21:594–603. doi:10.1016/j.tcb.2011.07.003 Grabrucker S et al (2014) Zinc deficiency dysregulates the synaptic ProSAP/Shank scaffold and might contribute to autism spectrum disorders. Brain 137:137–152. doi:10.1093/brain/awt303 Gundelfinger ED, Boeckers TM, Baron MK, Bowie JU (2006) A role for zinc in postsynaptic density asSAMbly and plasticity? Trends Biochem Sci 31:366–373. doi:10.1016/j.tibs.2006.05.007 Han K et al (2013) SHANK3 overexpression causes manic-like behaviour with unique pharmacogenetic properties. Nature 503:72–77. doi:10.1038/nature12630 Hauser WA, Annegers JF, Kurland LT (1993) Incidence of epilepsy and unprovoked seizures in Rochester, Minnesota: 1935–1984. Epilepsia 34:453–468 Iasevoli F, Tomasetti C, de Bartolomeis A (2013) Scaffolding proteins of the post-synaptic density contribute to synaptic plasticity by regulating receptor localization and distribution: relevance for neuropsychiatric diseases. Neurochem Res 38:1–22. doi:10.1007/s11064-012-0886-y Ishikawa N, Kobayashi Y, Fujii Y, Yamamoto T, Kobayashi M (2016) Late-onset epileptic spasms in a patient with 22q13.3 deletion syndrome. Brain & Dev 38:109–112. doi:10.1016/j.braindev.2015.06.002 Jimenez-Mateos EM et al (2012) Silencing microRNA-134 produces neuroprotective and prolonged seizure-suppressive effects. Nat Med 18:1087–1094. doi:10.1038/nm.2834 Khazipov R, Zaynutdinova D, Ogievetsky E, Valeeva G, Mitrukhina O, Manent JB, Represa A (2015) Atlas of the postnatal rat brain in stereotaxic coordinates. Front Neuroanat 9:161. doi:10.3389/fnana.2015.00161 Knopp A, Kivi A, Wozny C, Heinemann U, Behr J (2005) Cellular and network properties of the subiculum in the pilocarpine model of temporal lobe epilepsy. J Comp Neurol 483:476–488. doi:10.1002/cne.20460 Kreienkamp HJ (2008) Scaffolding proteins at the postsynaptic density: shank as the architectural framework. Handb Exp Pharmacol 186:365–380. doi:10.1007/978-3-540-72843-6_15 Kubova H, Lukasiuk K, Pitkanen A (2012) New insight on the mechanisms of epileptogenesis in the developing brain. Adv Tech Stand Neurosurg 39:3–44. doi:10.1007/978-3-7091-1360-8_1 LaFrance WC Jr, Kanner AM, Hermann B (2008) Psychiatric comorbidities in epilepsy. Int Rev Neurobiol 83:347–383. doi:10.1016/S0074-7742(08)00020-2 Lothman EW, Bertram EH 3rd (1993) Epileptogenic effects of status epilepticus. Epilepsia 34(Suppl 1):S59–S70 Lukasiuk K, Pitkanen A (2012) Molecular basis of acquired epileptogenesis. Handb Clin Neurol 107:3–12. doi:10.1016/B978-0-444-52898-8.00001-X Magloczky Z, Freund TF (2005) Impaired and repaired inhibitory circuits in the epileptic human hippocampus. Trends Neurosci 28:334–340. doi:10.1016/j.tins.2005.04.002 Matsushita Y et al (2016) Hyperactive mTOR signals in the proopiomelanocortin-expressing hippocampal neurons cause age-dependent epilepsy and premature death in mice. Scientific Rep 6:22991. doi:10.1038/srep22991 McCormick DA, Contreras D (2001) On the cellular and network bases of epileptic seizures. Annu Rev Physiol 63:815–846. doi:10.1146/annurev.physiol.63.1.815 McNamara JO, Huang YZ, Leonard AS (2006) Molecular signaling mechanisms underlying epileptogenesis. Sci STKE 356:12. doi:10.1126/stke.3562006re12 Morimoto K, Fahnestock M, Racine RJ (2004) Kindling and status epilepticus models of epilepsy: rewiring the brain. Prog Neurobiol 73:1–60. doi:10.1016/j.pneurobio.2004.03.009 Proper EA, Oestreicher AB, Jansen GH, Veelen CW, van Rijen PC, Gispen WH, de Graan PN (2000) Immunohistochemical characterization of mossy fibre sprouting in the hippocampus of patients with pharmaco-resistant temporal lobe epilepsy. Brain 123(Pt 1):19–30 Rogawski MA (2013) AMPA receptors as a molecular target in epilepsy therapy. Acta Neurol Scand 127(s197):9–18. doi:10.1111/ane.12099 Roussignol G et al (2005) Shank expression is sufficient to induce functional dendritic spine synapses in aspiny neurons. J Neurosci 25:3560–3570. doi:10.1523/JNEUROSCI.4354-04.2005 Sarasua SM et al (2011) Association between deletion size and important phenotypes expands the genomic region of interest in Phelan-McDermid syndrome (22q13 deletion syndrome). J Med Genet 48:761–766. doi:10.1136/jmedgenet-2011-100225 Sarasua SM et al (2014) 22q13.2q13.32 genomic regions associated with severity of speech delay, developmental delay, and physical features in Phelan-McDermid syndrome. Genet Med 16:318–328. doi:10.1038/gim.2013.144 Scharfman HE (2007) The neurobiology of epilepsy. Curr Neurol Neurosci Rep 7:348–354 Sheng M, Kim E (2000) The Shank family of scaffold proteins. J Cell Sci 113(Pt 11):1851–1856 Shibley H, Smith BN (2002) Pilocarpine-induced status epilepticus results in mossy fiber sprouting and spontaneous seizures in C57BL/6 and CD-1 mice. Epilepsy Res 49:109–120 Simenson K, Oiglane-Shlik E, Teek R, Kuuse K, Ounap K (2014) A patient with the classic features of Phelan-McDermid syndrome and a high immunoglobulin E level caused by a cryptic interstitial 0.72-Mb deletion in the 22q13.2 region. Am J Med Genet Part A 164(3):806–809. doi:10.1002/ajmg.a.36358 Soorya L et al (2013) Prospective investigation of autism and genotype-phenotype correlations in 22q13 deletion syndrome and SHANK3 deficiency. Molecular autism 4:18. doi:10.1186/2040-2392-4-18 Varoqueaux F et al (2006) Neuroligins determine synapse maturation and function. Neuron 51:741–754. doi:10.1016/j.neuron.2006.09.003 Wang X et al (2011) Synaptic dysfunction and abnormal behaviors in mice lacking major isoforms of Shank3. Hum Mol Genet 20:3093–3108. doi:10.1093/hmg/ddr212 Yang M et al (2012) Reduced excitatory neurotransmission and mild autism-relevant phenotypes in adolescent Shank3 null mutant mice The Journal of neuroscience: the official journal of the Society for. Neuroscience 32:6525–6541. doi:10.1523/JNEUROSCI.6107-11.2012