AJHG | KIF3B突变导致常染色体显性纤毛病

驱动蛋白家族（Kinesin Family，KIF）基因编码一个基于微管的分子马达超家族，主要负责转运细胞内的物质。Kinesin-2作为顺行纤毛内蛋白转运 (intraflagellar transport，IFT)马达，能够进行纤毛的组装和维护，其分子运动活性由KIF3A和KIF3B/KIF3C加上KIFAP3组成的异三聚体复合物驱动。已有研究表明编码KIF的基因致病突变中已与人类至少14种不同的遗传疾病相关，常染色体显隐性KIF相关疾病都会影响神经系统发育。

2020年6月，法国南特大学Bertrand Isidor和美国杜克大学Erica E. Davis课题组在AJHG发表研究论文《Mutations in the Kinesin-2 Motor KIF3B Cause an Autosomal-Dominant Ciliopathy》，探究了KIF3B突变导致常染色体显性纤毛病的致病机理，并利用斑马鱼模型对相关机制进行验证。本文在临床和分子水平上表征了KIF3B的突变会导致以多指、肝纤维化、视网膜色素病变为特征的纤毛病，增加了人类纤毛病的致病基因库，并通过斑马鱼模型眼部面积的变化、视蛋白定位错误和纤毛长度增加等结果进一步论证了KIF3B突变的致病机理可能是损害了Kinesin-2驱动的感光体中的纤毛运输。

本文中研究者在来自法国的家系A男性患者II-1中筛选到KIF3B的新发突变 c.748G> C（p.Glu250Gln），该患者有多指、肝脏畸形、视网膜色素变性等表型。在另一个不相关美国家系中筛选到了突变c.1568T> C（p.Leu523Pro），该家系六代中共有19人受累，并都患有视网膜色素变性。两个家系的患者表型都指向纤毛疾病。而根据KIF3B蛋白结构域的研究发现（图1），p.Glu250Gln变异位于KIF3B的驱动蛋白结构域，p.Leu523Pro变异位于KIF3B的卷曲螺旋结构域中，且两个结构域序列在脊椎动物中十分match保守。

为了表征在人类中鉴定的KIF3B突变诱导的细胞表型，研究者将个体1（家系A，II-1）中分离的成纤维细胞进行培养，并计算初级纤毛细胞比例和纤毛长度，结果显示纤毛细胞比例与正常对照组无差异，但纤毛长度显著增加，较对照平均增加36%（图2）。

为验证KIF3B突变导致的纤毛长度异常，研究者将两种突变和阴性对照p.Val435Ile转染到永生化视网膜色素上皮细胞系hTERT-RPE1细胞中，结果表明（图3）两种突变都会显著增加细胞纤毛长度，空载体和阴性对照对纤毛长度则无影响。

为了进一步研究带有p.Glu250Gln或p.Leu523Pro变异KIF3B蛋白的稳定性，研究者将转染后的HEK293细胞和对照组暴露于环乙酰亚胺中2小时及4小时，结果显示（图4）带有突变的蛋白的降解速率与野生型相比未显著改变，证明突变不影响蛋白稳定性。

为探讨p.Glu250Gln和p.Leu523Pro突变的显性致病作用，研究者将对应突变的mRNAs注射进斑马鱼胚胎中，结果表明（图5）p.Glu250Gln（25、50 pg）两组幼鱼眼部面积与注射野生型mRNA组相比显著减少，过高的mRNA剂量会导致胚胎大量死亡，细胞凋亡实验也发现p.Glu250Gln突变会导致幼鱼视网膜细胞凋亡增加。将野生型和p.Glu250Gln突变的mRNA以2:1的比例注射进胚胎中，可使得幼鱼眼部面积恢复正常。该实验证明p.Glu250Gln突变对眼部形态和发育有特异性作用。