統合失調症リスクのタンデムリピートは、ヒト固有のアイソフォームAS3MTd2d3の代替スプライシングとキノコの樹状突起密度に影響を与える

A Human-Specific Schizophrenia Risk Tandem Repeat Affects Alternative Splicing of a Human-Unique Isoform AS3MTd2d3 and Mushroom Dendritic Spine Density.

• Xin Cai
• Zhi-Hui Yang
• Hui-Juan Li
• Xiao Xiao
• Ming Li
• Hong Chang

抄録

近年の機能性ゲノミクスの進歩により、統合失調症の遺伝的リスクに関連する複数の遺伝子やアイソフォームの同定が容易になってきたが、その因果関係はほとんど明らかになっていない。これまでの研究では、10q24.32の一塩基多型（SNP）rs7085104がヒト特異的な可変タンデムリピート（VNTR）と高い連結性不平衡（LD）を示し、ヨーロッパ人やアフリカ系アメリカ人におけるヒト特異的なAS3MTd2d3アイソフォームの脳内mRNA発現と有意に関連していることが報告されていた。本研究では、このVNTRがAS3MTd2d3のmRNA発現を直接制御していることをin vitroミニジーンスプライシングアッセイで明らかにし、AS3MTd2d3の機能的変異の原因となっている可能性が示唆されました。さらに、VNTRとrs7085104が漢民族ドナーの脳内でAS3MTd2d3 mRNA発現と有意に関連していること、さらにrs7085104が東アジア人の統合失調症リスクと関連していることを確認しました。最後に、AS3MTd2d3を培養海馬初代ニューロンで過剰発現させると、キノコの樹状突起の密度が有意に低下し、その機能的な影響が示唆された。神経可塑性における樹状突起棘の重要な役割を考えると、今回の結果は、統合失調症リスクVNTRがAS3MTd2d3を制御している可能性を明らかにし、その基礎となる生物学的メカニズムを明らかにするものである。

Recent advances in functional genomics have facilitated the identification of multiple genes and isoforms associated with the genetic risk of schizophrenia, yet the causal variations remain largely unclear. A previous study reported that the schizophrenia risk single-nucleotide polymorphism (SNP) rs7085104 at 10q24.32 was in high linkage disequilibrium (LD) with a human-specific variable number of tandem repeat (VNTR), and both were significantly associated with the brain mRNA expression of a human-unique AS3MTd2d3 isoform in Europeans and African Americans. In this study, we have shown the direct regulation of the AS3MTd2d3 mRNA expression by this VNTR through an in vitro minigene splicing assay, suggesting that it is likely a causative functional variation. Intriguingly, we have further confirmed that the VNTR and rs7085104 are significantly associated with AS3MTd2d3 mRNA expression in brains of Han Chinese donors, and rs7085104 is also associated with risk of schizophrenia in East Asians. Finally, the overexpression of AS3MTd2d3 in cultured primary hippocampal neurons results in significantly reduced densities of mushroom dendritic spines, implicating its potential functional impact. Considering the crucial roles of dendritic spines in neuroplasticity, these results reveal the potential regulatory impact of the schizophrenia risk VNTR on AS3MTd2d3 and provide insights into the underlying biological mechanisms.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of the Maryland Psychiatric Research Center.All rights reserved. For permissions, please email: journals.permissions@oup.com.