肌酸转运蛋白缺陷小鼠模型中阶段和区域依赖性的蛋白质组学改变

SLC6A8 编码肌酸转运蛋白 (CRT)，该蛋白介导肌酸穿过大脑中的质膜（包括血脑屏障和神经元）。由 SLC6A8 致病性变异引起的肌酸转运蛋白缺陷症 (CTD) 会导致脑肌酸耗竭和认知障碍。在此，我们利用 Slc6a8 的致病性 c.1681G>C (G561R) 变异（对应于在 CTD 患者 SLC6A8 中发现的变异）研究了 CTD 的发育分子机制。在表达携带 G561R 变异的突变小鼠 CRT 的 HEK293 细胞中进行的体外分析表明，该转运蛋白的 N-聚糖成熟和质膜定位受损，导致肌酸摄取显著减少，这与先前关于相应人类 CRT 变异的报道一致。为了研究该致病变异的体内效应，我们利用 CRISPR/Cas9 系统将 c.1681G>C 点突变引入小鼠 Slc6a8 基因，构建了 CRT-G561R 敲入小鼠。尽管大体脑形态得以保留，但这些雄性小鼠表现出脑肌酸水平严重下降、出生后生长迟缓以及空间记忆受损。在出生后发育过程中对海马和大脑皮层进行的定量蛋白质组学分析揭示了 CTD 中存在区域依赖性的蛋白质改变。海马表现出显著的出生后早期重塑，涉及与肌动蛋白细胞骨架组织和囊泡介导的膜运输相关的蛋白质；而大脑皮层则表现出更为渐进的反应，涉及肌酸生物合成相关酶以及较晚出现的线粒体通路（包括线粒体翻译机制）。这些发现表明在 CTD 出生后大脑发育过程中存在阶段和区域依赖性的蛋白质组重塑。意义声明：肌酸转运蛋白缺陷症 (CTD) 会导致脑肌酸耗竭和智力障碍；然而，将肌酸缺失与大脑功能障碍联系起来的发育机制仍不清楚。我们利用携带在 CTD 患者中发现的致病性 Slc6a8 变异的小鼠模型，对海马和大脑皮层进行了发育蛋白质组谱分析。在出生后大脑成熟过程中，肌酸转运蛋白功能障碍会诱导明显的区域和阶段依赖性分子反应。海马表现出细胞骨架依赖性膜运输通路的早期改变，这与突触和回路成熟受损相一致；而大脑皮层则表现出渐进的代谢和线粒体适应。这些发现表明，肌酸依赖性能量缓冲受损会破坏不同脑区不同的发育程序，可能通过阻碍早期海马回路成熟而导致认知功能障碍。