课题基金 / 基金详情

基于深度突变扫描技术的遗传性耳聋GJB2基因错义变异功能研究

批准号:
82101963
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
许红恩
依托单位:
学科分类:
医学遗传学研究新技术与新方法
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
许红恩

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
随着基因检测在临床上的广泛应用,新发现的临床意义不明变异(VUS)数量持续增长,成为阻碍临床诊断及干预的瓶颈。在我国,GJB2为遗传性耳聋最主要的致病基因之一,大量错义变异功能未知;其错义变异可导致非综合征型耳聋或综合征型耳聋,造成不同类型疾病的分子机制尚不明确。我们课题组综合运用合成生物学、CRISPR/Cas9基因编辑和高通量测序等手段建立了深度突变扫描技术,并成功应用于临床重要基因的高通量变异功能研究。在此基础上,本研究将构建包含GJB2基因所有可能错义变异(4294种)的饱和突变体文库,并通过诱导细胞凋亡、蛋白稳定性和半通道通透性三个实验系统性地评估GJB2基因错义变异对缝隙连接蛋白装配、运输以及通透性的影响。本项目将系统性阐明GJB2错义变异导致不同类型耳聋的分子机制,并大幅提升GJB2错义变异的解读能力,以期达到解决VUS解读困难的瓶颈问题,具有重要的科学意义及临床应用价值。
英文摘要
With the wide application of genetic tests in the etiological diagnosis of inherited disease, more variants of uncertain significance (VUS) have been found, hindering clinical diagnosis and intervention. In China, the most frequent cause of inherited deafness are pathogenic variants of GJB2 (Gap Junction Protein Beta 2) and a large number of missense variants are not functionally determined. In addition, GJB2 missense variants cause not only non-syndromic deafness but also syndromic deafness accompanied by skin diseases. The molecular mechanism of different phenotypes caused by different GJB2 missense variants is largely unknown. By using synthetic biology, CRISPR/Cas9 gene editing, and high-throughput sequencing technologies, we established deep mutational scanning (DMS) technology in our lab and successfully apply it to the massive functional variant classification of a clinically actionable gene. We will construct a saturated library of all possible 4294 GJB2 missense variants, design three functional assays to evaluate whether missense variants induce cell apoptosis, change protein stability and hemichannel permeability, and systematically study the effects of all GJB2 missense variants on the assembly, transportation, and permeability of gap junctions. This study has both scientific and clinical values, as it greatly improves the interpretation of GJB2 variants by solving the challenges of VUS interpretation, and reveal the molecular mechanism of different types of deafness caused by different GJB2 missense variants.
GJB2基因编码缝隙连接蛋白Cx26,其错义变异是遗传性非综合征性耳聋的主要致病因素。然而,大量错义变异的致病性尚未明确,限制了临床诊断的准确性。本研究通过构建GJB2基因饱和错义变异文库(覆盖226个氨基酸位点的19种替换,共4294种变异),结合慢病毒包装技术,在HeLa细胞中建立了稳转细胞系,并开发了三种高通量功能筛选体系:①基于细胞增殖能力的反向筛选(诱导细胞死亡);②基于半通道通透性的碘化丙啶(PI)摄取实验;③基于缝隙连接功能的荧光染料转移实验。..重要结果与关键数据:.1..文库构建与验证:成功构建了覆盖度达99%、均一性良好的GJB2错义变异文库,并建立了GJB2 野生型、I35S、N54K、R75W点突变的HeLa稳转细胞系。.2..功能筛选:. 诱导细胞死亡实验:转染野生型GJB2的HeLa细胞死亡率为60%,而I35S、N54K及R75W突变型细胞死亡率分别为31.4%、26.6%及36.1%,与未转染细胞死亡率28.5%相近;饱和错义变异文库经三代测序显示,51.1%的错义变异功能异常,可能为致病性变异。. 半通道功能实验:半通道功能研究中,确定PI浓度40μg/mL、染色20分钟为最佳条件;在此条件下,I35S半通道功能与野生型相似,N54K在有Ca2 +时摄取率异常,R75W半通道一直开放;饱和错义变异文库中,30.9%的错义变异半通道功能异常。. 缝隙连接功能实验(进行中):初步显示N54K和R75W的染料转移效率较野生型显著降低(分别37.2%、26.0% vs. 49.1%)。GJB2错义变异文库的HeLa稳转细胞染料转移效率为48.3%。..本研究首次系统性评估GJB2全部错义变异的功能影响,建立了高通量功能筛选平台和自动化生物信息分析流程,为其他遗传病基因研究提供了方法学范式。成果直接支持课题组开发的耳聋基因检测试剂盒(涵盖GJB2及SLC26A4基因),显著提升了诊断准确性。此外,项目发表SCI论文5篇(含中科院一区期刊1篇),授权发明专利1项,培养研究生3名,并开展公益基因检测服务惠及200余个聋儿家庭,体现了基础研究向临床转化的社会价值。
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