一项关于YEATS2基因敲低对果蝇多巴胺能突触完整性和癫痫样行为影响的研究

背景介绍

癫痫是一种常见的神经系统疾病，特征是大脑异常的电活动。这些异常活动可以导致癫痫发作和其他神经症状。家族性成人肌阵挛性癫痫（familial adult myoclonic epilepsy，简称FAME）是一种罕见的常染色体显性遗传病，以皮层肌阵挛和偶发癫痫发作为特征。目前已知有FAME1-FAME6六种类型，每种类型都与不同基因上的五核苷酸重复扩增有关。其中，FAME4由位于YEATS2基因第一个内含子的TTTTA/TTTCA重复扩展引起。虽然研究表明这些重复扩展主要通过RNA毒性发挥作用，但受重复扩展影响的基因本身在神经元中的确切功能仍不明确。

论文来源

本文于2023年12月20日在线发表于《Progress in Neurobiology》杂志，研究由Luca Lo Piccolo等多位学者联合完成，涉及来自清迈大学、康斯坦茨大学、马克斯普朗克动物行为研究所、孔敬大学和朱拉隆功大学的多个研究中心。

研究流程详细介绍

实验设计与方法

研究采用果蝇作为模型生物，通过在果蝇全神经元中敲低YEATS2基因（以下简称dYEATS2）来探索其对神经功能和行为的影响。具体实验流程如下：

1. 果蝇品系与培养：研究使用了标准的玉米粉酵母葡萄糖培养基饲养果蝇，环境条件设定为25°C、湿度55%，光暗周期为12:12。

2. 基因敲低：采用Gal4/UAS系统，通过两个独立的RNA干扰（RNAi）序列（dYEATS2 ir-1和dYEATS2 ir-2）敲低dYEATS2表达。实验分别使用了elavC155-Gal4和nSyb-Gal4驱动全神经元在幼虫和成虫阶段表达RNAi。

3. 行为实验：实验通过电刺激、热刺激和机械应激测试果蝇对急性应激的耐受性。此外，还测试了果蝇的昼夜节律活动、爬行能力和社交行为等。

4. 神经突触观察：采用免疫荧光法观察果蝇幼虫的神经肌肉接头（NMJs）形态，评估突触完整性。

5. 神经递质分析：通过超高效液相色谱-电喷雾电离四极杆飞行时间质谱联用（UHPLC-ESI-QTOF-MS）测定神经递质含量。

主要结果及数据支持

1. Seizure-like行为与急性应激：实验结果显示，敲低dYEATS2的果蝇（dYEATS2 ir-1和dYEATS2 ir-2）在电刺激、热刺激和机械应激下表现出显著的癫痫样行为（seizure-like behavior，SLB），其恢复时间显著延长。这表明dYEATS2在调节神经元应激反应中起重要作用。

2. 复杂行为分析：敲低dYEATS2的果蝇在爬行能力和社交行为上均表现出缺陷，但其昼夜节律活动未见显著差异。这些数据显示，dYEATS2可能在神经可塑性和行为调节中发挥作用。

3. 神经递质水平：质谱分析结果显示，敲低dYEATS2的果蝇体内多巴胺（DA）水平显著降低，而GABA、谷氨酸和5-羟色胺水平无显著差异。进一步的基因表达分析显示，dYEATS2敲低导致编码酪氨酸羟化酶（TH）的基因表达降低，TH是多巴胺合成的关键酶。

4. L-Dopa补救实验：通过长期和急性两种方式给予L-Dopa（多巴胺前体），发现提高多巴胺水平可以改善dYEATS2敲低果蝇的癫痫样行为和探索行为。这进一步证明dYEATS2对多巴胺能突触完整性的重要性。

结论与研究价值

研究结果表明，dYEATS2在调节多巴胺合成和维持突触完整性方面起关键作用，其缺失会导致果蝇神经功能缺陷和癫痫样行为。L-Dopa的补救效果也进一步支持了这一假设。这一发现不仅深化了对FAME4发病机制的理解，还为将来发展相关治疗手段提供了新的思路。

研究亮点

• 揭示新功能：首次显示dYEATS2在调节神经元行为和突触完整性中的作用。
• 多巴胺机制分析：深入阐明了dYEATS2通过影响TH基因表达调节多巴胺合成的机制。
• L-Dopa补救实验：证明了提高多巴胺水平可以改善相关神经行为缺陷。

其它有价值的信息

本文的研究不仅增加了对YEATS2基因功能的认识，也为其他相关的神经遗传疾病研究提供了新思路。通过运用果蝇模型，研究展示了RNA干扰技术在神经行为学研究中的强大应用潜力。

综述

这项研究由多国多学科的专家共同完成，展示了高水平的跨学科合作，并通过一系列严格的实验设计揭示了YEATS2基因在果蝇神经系统中的重要作用。研究结果对于理解家族性成人肌阵挛性癫痫和开发潜在的治疗方法具有重要科学价值。