EMBO Mol Med丨边杉/郭贞明/王华/毛翛合作发现小头畸形又一致病基因——CETN3

原发性小头畸形（primary microcephaly）是一种相对罕见的疾病，其特征是患者头围的显著减小，主要致病原因是神经干细胞基因表达异常，从而影响了正常的神经发生过程，导致神经元数量的减少【1, 2】 。目前已知有32个基因与原发性遗传性小头畸形 （microcephaly primary hereditary, MCPH）相关，包括MCPH1、ASPM、WDR62等【3-5】，大多数MCPH基因参与调节细胞周期、中心体组装、DNA修复和细胞凋亡等生物学过程【6】。

近日，同济大学边杉/郭贞明/湖南省儿童医院王华/湖南省妇幼毛翛课题组在临床上发现了一个携带CETN3缺失型突变的小头畸形病人，该患者的头围比正常水平小2-3个标准差。但是到目前为止，尚未清楚CETN3在人类大脑皮层发育中的调控功能。于是，研究人员们合作对该基因对大脑皮层发育的调控功能进行了研究，并在EMBOmolecularmedicine上发表了题为CETN3 Deficiency Induces Microcephaly by Disrupting Neural Stem/Progenitor Cell Fate through Impaired Centrosome Assembly and RNA Splicing的研究文章。

Centrin蛋白属于钙结合蛋白EF-hand超家族，含有四个钙结合结构域，在细胞中主要存在于与微管组织中心相关的结构中，例如中心体、纤毛或鞭毛、纺锤体等，大部分centrin蛋白在细胞质和细胞核中也有分布【7】。Centrin蛋白在进化上高度保守，但不同的生物含有的该蛋白编码基因数量不同，小鼠中有四个（Cetn1-4），而人类含有三个（CETN1-3）【8, 9】 。这些蛋白的表达模式在不同的组织和细胞中有所差异，暗示不同的centrin蛋白可能参与了不同的生物学过程【10-12】。

文章中，作者以探究CETN3在大脑皮层发育中的作用为重点，鉴定CETN3缺失突变导致小头畸形的致病可能性，并阐明其致病分子机制。首先，他们检测了CETN3在大脑皮层中的表达，发现其广泛表达于各种类型的细胞中。接着，他们利用CRISPR-Cas9和Cre-LoxP基因编辑技术构建了CETN3敲除的人胚胎干细胞（hESC）系和CETN3突变的诱导多能干细胞（iPSC）系，并以这些细胞系为基础，通过2D培养获得了神经干/祖细胞（NS/PC），通过3D培养获得大脑类器官。该类器官模型重现了病人中大脑体积减小的表型，证实了CETN3的致病性。

接着，利用RNA-seq、免疫荧光染色、流式细胞术等方法，作者团队进一步对CETN3蛋白调控神经发育的分子机制进行了研究，并发现CETN3通过调节NS/PC增殖、分化、凋亡和RNA剪接来影响神经发生，具体如下：（1）CETN3缺失引起了NS/PC有丝分裂纺锤体方向的改变，使其更倾向分化而不是增殖；（2）CETN3缺失导致NS/PC细胞周期受损，从而影响细胞增殖；（3）CETN3缺失引发中心体过度复制，导致NS/PC凋亡；（4）CETN3还可以通过参与RNA剪接来间接影响与中心粒、纤毛和细胞周期相关的基因的表达。值得关注的是，这是首次发现CETN3在调节RNA剪接方面的功能，作者团队还鉴定出了CETN3的这一功能可能与USP49的去泛素化功能和核小体H2B的泛素化水平有关。

最后，作者还构建了Cetn3前脑特异性敲除的小鼠，以探究其在其他哺乳类神经发育中是否有相似的功能。结果发现小鼠中表型比较微弱，暗示CETN3在不同物种中的功能可能存在差异。

综上所述，该文章以大脑类器官为主要模型，揭示了CETN3在哺乳动物神经发育中的作用及其背后的分子机制。本研究证明了CETN3通过调节纺锤体定向、细胞周期、中心体复制等生物学过程参与了NPCs增殖和分化之间的平衡调控；本研究还首次发现CETN3通过与USP49相互作用参与了NPCs中的RNA剪接过程，从而间接影响了细胞周期和神经发育（图）。这些结果提示了CETN3在人类大脑新皮层发育中的重要性，扩展了我们对原发性小头畸形致病基因的认识，为后续的临床检测和疾病治疗提供了新见解。

图 CETN3缺失通过多种途径影响神经发育

原文链接：https://doi.org/10.1038/s44321-025-00302-7

参考文献

[1] Becerra-Solano L E, Mateos-Sánchez L, and López-Muñoz E, Microcephaly, an etiopathogenic vision[J].Pediatr Neonatol，2021，62（4）：354-360.

[2] Pirozzi F, Nelson B, and Mirzaa G, From microcephaly to megalencephaly: determinants of brain size[J].Dialogues Clin Neurosci，2018，20（4）：267-282.

[3] Lim Y, Transcription factors in microcephaly[J].Front Neurosci，2023，17：1302033.

[4] Asif M, Abdullah U, Nürnberg P, et al., Congenital Microcephaly: A Debate on Diagnostic Challenges and Etiological Paradigm of the Shift from Isolated/Non-Syndromic to Syndromic Microcephaly[J].Cells，2023，12（4）.

[5] Farcy S, Hachour H, Bahi-Buisson N, et al., Genetic Primary Microcephalies: When Centrosome Dysfunction Dictates Brain and Body Size[J].Cells，2023，12（13）.

[6] Naveed M, Kazmi S K, Amin M, et al., Comprehensive review on the molecular genetics of autosomal recessive primary microcephaly (MCPH)[J].Genet Res(Camb)，2018，100：e7.

[7] Paoletti A, Moudjou M, Paintrand M, et al., Most of centrin in animal cells is not centrosome-associated and centrosomal centrin is confined to the distal lumen of centrioles[J].J Cell Sci，1996，109 ( Pt 13)：3089-3102.

[8] Moretti E, Noto D, Corsaro R, et al., Focus on centrin in normal and altered human spermatozoa[J].Syst Biol Reprod Med，2023，69（3）：175-187.

[9] Martinez-Sanz J and Assairi L, New insights into the interaction of centrin with Sfi1[J].Biochim Biophys Acta，2016，1864（4）：319-330.

[10] Ying G, Frederick J M, and Baehr W, Deletion of both centrin 2 (CETN2) and CETN3 destabilizes the distal connecting cilium of mouse photoreceptors[J].J Biol Chem，2019，294（11）：3957-3973.

[11] Dantas T J, Wang Y, Lalor P, et al., Defective nucleotide excision repair with normal centrosome structures and functions in the absence of all vertebrate centrins[J].J Cell Biol，2011，193（2）：307-318.

[12] Gavet O, Alvarez C, Gaspar P, et al., Centrin4p, a novel mammalian centrin specifically expressed in ciliated cells[J].Mol Biol Cell，2003，14（5）：1818-1834.

（可上下滑动阅览）

制版人：十一

BioArt

Med

Plants

人才招聘

学术合作组织

（*排名不分先后）

战略合作伙伴

（*排名不分先后）

转载须知

【原创文章】BioArtMED原创文章，欢迎个人转发分享，未经允许禁止转载，所刊登的所有作品的著作权均为BioArtMED所拥有。BioArtMED保留所有法定权利，违者必究。