神经云课堂︱ATP13A2基因敲除小鼠：揭开早发型帕金森病的神秘面纱

来源︱赛业生物订阅号

撰文︱小   赛

编辑︱杨彬伟

帕金森病是一种常见的神经退行性疾病，而有一种早发型帕金森病则往往容易被漏诊或误诊。与之相关的ATP13A2是一种ATP跨膜蛋白，该基因上的致病突变会导致早发型帕金森病(EOPD)和Kufor-Rakeb综合征(KRS)。患者会在青少年时期出现认知障碍、运动能力下降和脑萎缩等症状。

今天和大家见面的是ATP13A2基因敲除小鼠。

一、ATP13A2基因简介

人ATP13A2（PARK9）编码1180个氨基酸，属于跨膜p5型ATP酶家族，P型ATP酶是一个大的蛋白质家族，存在于原核生物和真核生物中。其在体内表达广泛，而且高度表达在大脑中。正常ATP13A2定位于溶酶体、内小体和多泡体，并参与多种阳离子（如锰离子、锌离子等）的跨膜转运，还可以抑制α-synuclein毒性，保护细胞免受锰的毒害。

图1. ATP13A2基因相关信息

来源：RDDC罕见病数据中心

（https://rddc.tsinghua-gd.org/details/gene?gene=2j9XOm）

在ATP13A2上的许多突变都会导致早发性帕金森病。目前研究比较多的是第24号外显子（c.G2629A），其纯合子突变会导致蛋白（p.G877R）错义突变；另外还有F182L、G877R和G504R等，其中对G877R和G504R的研究比较多。

图2. ATP13A2基因上临床突变的相关信息

来源：RDDC罕见病数据中心

（https://rddc.tsinghua-gd.org/details/gene?gene=2j9XOm）

二、ATP13A2相关疾病介绍

Kufor-Rakeb综合征（KRS）作为左旋多巴反应性帕金森病，是一种早发性帕金森病，也是一种罕见的常染色体隐性遗传的神经系统疾病。其特点是青少年期常染色体隐性黑质纹状体苍白球椎体神经变性。KRS具有帕金森病的临床特征以及痉挛、核上性视上性麻痹和认知能力下降。患者平均发病年龄为11±1，且表现出运动缓慢、笨拙、平衡障碍、语言不清和垂直凝视受限或麻痹等锥体外系受累的迹象，以及弥漫性脑和小脑萎缩。部分患者会发生全身性强直性阵挛性癫痫。

ATP13A2在人脑中普遍表达，但在不同脑区上，黑质区表达最强。在帕金森患者黑质多巴胺能神经元中发现ATP13A2基因mRNA水平较正常对照着约高10倍。

图3. ATP13A2基因异常引起的相关疾病

来源：RDDC罕见病数据中心

（https://rddc.tsinghua-gd.org/details/gene?gene=2j9XOm）

三、ATP13A2基因敲出小鼠

相关小鼠模型有9种，且有些模型的构建方式是重复的，具体信息可以从RDDC官网中获取（https://rddc.tsinghua-gd.org/search?type=model&query=ATP13A2）。在该模型中，研究人员首先使用在鼠的外显子3和4之间插入筛选元件，并在外显子2和3两侧插入loxp序列，构建出flox小鼠后再和Cre小鼠互配删去第二、三号外显子，删去之后会在4号外显子的位置发出提前终止信号。

图4. ATP13A2敲除小鼠的构建策略[3]

研究人员发现ATP13A2的缺失会导致特定蛋白的运输缺陷，并且该蛋白缺失的小鼠会出现与年龄相关的运动功能障碍，还会出现一些神经病理学变化，包括神经胶质增生、泛素化蛋白聚集体的累积、脂褐质沉积和内溶酶体异常的表型。

图5. ATP13A2缺失的小鼠的中枢神经系统表现出年龄依赖性胶质细胞增生[3]

四、总结

小鼠ATP13A2功能丧失所导致的帕金森表型具有重要临床意义，对该基因的深入研究有助于探讨该基因导致的帕金森的分子机制，同时亦可用于疾病治疗新方法的研究。

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【1】 Daniel G, Musso A, Tsika E, Fiser A, Glauser L, Pletnikova O, Schneider BL, Moore DJ. α-Synuclein-induced dopaminergic neurodegeneration in a rat model of Parkinson's disease occurs independent of ATP13A2 (PARK9). Neurobiol Dis. 2015 Jan;73:229-43. doi: 10.1016/j.nbd.2014.10.007. Epub 2014 Oct 18. PMID: 25461191.

【2】 Kett LR, Dauer WT. Endolysosomal dysfunction in Parkinson's disease: Recent developments and future challenges. Mov Disord. 2016 Oct;31(10):1433-1443. doi: 10.1002/mds.26797. PMID: 27619535; PMCID: PMC5061051.

【3】 Kett LR, Stiller B, Bernath MM, et al. α-Synuclein-independent histopathological and motor deficits in mice lacking the endolysosomal Parkinsonism protein Atp13a2. J Neurosci. 2015;35(14):5724-5742. doi:10.1523/JNEUROSCI.0632-14.2015

【4】 张梦颖. ATP13A2 F182L基因打靶小鼠的致病机理研究[D]. 河南大学, 2019.

本文完