DISC1 - DISC1

DISK1
Identifikatorer
Aliaser DISC1 , C1orf136, SCZD9, forstyrret ved schizofreni 1, DISC1 stillasprotein
Eksterne ID -er OMIM : 605210 MGI : 2447658 HomoloGene : 10257 GeneCards : DISC1
Ortologer
Arter Menneskelig Mus
Entrez
Ensembl
UniProt
RefSeq (mRNA)

NM_170596
NM_174853
NM_174854

RefSeq (protein)

NP_777278
NP_777279

Beliggenhet (UCSC) Chr 1: 231,63 - 232,04 Mb Chr 8: 125,05 - 125,26 Mb
PubMed søk
Wikidata
Se/rediger Human Se/rediger mus

Disrupted in schizophrenia 1 er et protein som hos mennesker er kodet av DISC1 -genet . I koordinasjon med et bredt spekter av interagerende partnere har DISC1 vist seg å delta i reguleringen av celleproliferasjon , differensiering , migrasjon , neuronell axon- og dendritutvekst , mitokondriell transport, fisjon og/eller fusjon og celle-til-celle-adhesjon. Flere studier har vist at uregulert uttrykk eller endret proteinstruktur av DISC1 kan disponere individer for utvikling av schizofreni , klinisk depresjon , bipolar lidelse og andre psykiatriske tilstander. Mobiltelefonfunksjonene som forstyrres av permutasjoner i DISC1, som fører til utvikling av disse lidelsene, har ennå ikke blitt klart definert og er gjenstand for pågående forskning. Selv om nylige genetiske studier av store schizofreni-kohorter ikke har implisert DISC1 som et risikogen på gennivå, var DISC1-interaktom-gensettet assosiert med schizofreni, som viser bevis fra genomomfattende assosiasjonsstudier av rollen som DISC1 og samhandlende partnere i følsomhet for schizofreni.

Oppdagelse

I 1970 forskere fra University of Edinburgh utfører cytogenetisk forskning på en gruppe av unge lovbrytere i Skottland funnet en unormal translokasjon i kromosom 1 til en av guttene, som også vises egenskapene til en affektiv psykisk lidelse. Etter denne første observasjonen ble guttens familie studert, og det ble funnet at 34 av 77 familiemedlemmer viste den samme translokasjonen. I henhold til kriteriene Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders (Fourth Edition) (eller DSM-IV ), ble seksten av de 34 individene som ble identifisert som genetiske mutasjoner diagnostisert med psykiatriske problemer. Derimot ble fem av de 43 upåvirkede familiemedlemmene identifisert som psykologiske. De psykiatriske sykdommer som observeres i familien varierte fra schizofreni og depresjon til bipolar lidelse og ungdom atferdsforstyrrelse (som den opprinnelige forskning emnet hadde). Etter å ha studert denne store skotske familien i fire generasjoner, i 2000, fikk dette genet navnet "DISC1". Navnet ble avledet fra grunnlaget for mutasjonens molekylære natur: translokasjonen forstyrrer genet direkte.

Viktigheten av genetiske studier

Implikasjonen av genetikk i psykiatriske sykdommer er ikke unik for schizofreni, selv om arveligheten til schizofreni er beregnet så høyt som 80%. Den fortsatte undersøkelsen av familien etter oppdagelsen av translokasjonen ga statistisk analyse av sannsynligheten for å observere samtidig forekomst, eller medarv, av psykologiske lidelser og translokasjon. Dette konseptet ble målt kvantitativt ved bruk av LOD , eller logaritmen til oddsverdien. Jo høyere LOD -verdi, desto sterkere er korrelasjonen mellom tilstedeværelsen av translokasjonen og gitt sykdom (er) antatt å være. LOD for translokasjon av kromosom 1 og identifisering av schizofreni alene i den skotske familien ble funnet å være 3,6. LOD -verdien av translokasjonen og et bredere antall diagnoser (inkludert schizofreni, schizoaffektiv lidelse, bipolar affektiv lidelse og tilbakevendende større depresjon) ble funnet å være 7,1.

I tillegg til store familiebaserte studier der stamtavlene til forskjellige familiemedlemmer blir undersøkt, har tvillingstudier også vært en kilde til støtte for forskere i undersøkelsen av DISC1. I en metaanalyse av tvillingstudier ble tolv av fjorten funnet å støtte det faktum at schizofreni fra et genetisk perspektiv er en kompleks egenskap som er avhengig av både genetiske og miljømessige faktorer. Slike funn har oppmuntret forskere til å fortsette med både makro-analyse av lidelser som påvirker individer med mutasjonen, samt utforske mikronivået.

Genplassering og transkripsjon

DISC1 -genet ligger på kromosom 1q 42.1 og overlapper med DISC2 åpen leseramme . Multiple Disc1 isoformer har blitt identifisert på RNA- nivå, inkludert en TSNAX -DISC1 transgen spleisevariant, og på proteinnivå. Av de isolerte RNA -isomerer har 4 blitt bekreftet oversatt, nemlig Lang form (L), Lang variant isoform (Lv), Liten isoform (S) og Spesielt liten isoform (Es). Human DISC1 er transkribert som to store spleisevarianter, L -form og Lv -isoform. L- og Lv-transkripsjonene bruker henholdsvis distale og proksimale spleisesteder innenfor ekson 11. L- og Lv-proteinisoformene avviker bare med 22 aminosyrer i C-terminalen.

Alternative transkripsjonelle spleisevarianter, som koder for forskjellige isoformer, har blitt karakterisert.

DISC1 -homologer er blitt identifisert i alle de store vertebratfamiliene, inkludert den vanlige sjimpansen , rhesusapen , husmusen , den brune rotten , sebrafisk , pufferfish , storfe og hunder ; i tillegg er homologer beskrevet for virvelløse og plantefyl.

Proteinstruktur og subcellulær fordeling

Proteinet kodet for av dette genet er anslått til å inneholde en kveilet spiral motiv rike C-terminale domene, og et N-terminale globulære domene. N-terminalen inneholder to antatte kjernefysiske lokaliseringssignaler og et serin-fenylalaninrikt motiv av ukjent betydning. C-terminalen inneholder flere regioner med potensial for spiralformet spole og to leucin-glidelåser som kan formidle protein-protein-interaksjoner .

Proteinet lokaliserer seg til kjernen , sentrosomet , cytoplasma , mitokondrier , aksoner og synapser . Mitokondrier er det dominerende stedet for endogent DISC1 -uttrykk, med minst to isoformer som opptar interne mitokondrielle steder. Det finnes ingen kjente funksjonelle homologer for dette proteinet hos mennesker, selv om det har en bred homologi med stillasproteiner. DISC1 -proteinfunksjonen ser ut til å være svært mangfoldig, og dens funksjonelle rolle i cellulære prosesser er avhengig av celledomenet den befinner seg i. Tilstedeværelse eller fravær av visse proteininteraksjonsdomener eller målrettingsmotiver kan gi spesifikke funksjoner og påvirke subcellemålretting, derfor det er sannsynlig at alternative spleisingskoder bestemmer både funksjonen og den intracellulære plasseringen av DISC1.

Funksjon

Mange studier har gitt innsikt i den normale funksjonen til DISC1 -proteinet, selv om mye gjenstår å være klart definert. DISC1 er funksjonelt involvert i flere prosesser som regulerer nevral utvikling og hjernens modning, slik som neuronal spredning, differensiering, migrasjon, cAMP -signalering, cytoskjelettmodulering og translasjonsregulering via forskjellige signalveier. Mye av det som er forstått om den normale funksjonen til DISC1 har blitt avdekket gjennom studier på sebrafisk og mus som modellorganismer . I sebrafisk er DISC1 avgjørende for utvikling av forhjerne og GSK3 / β-cateninsignalering , mens hos mus regulerer DISC1-GSK3-banen spredning av nevrale stamceller i cortex og voksen dentat gyrus . Disse dataene antyder en direkte DISC1 GSK3/β-catenin-interaksjon.

DISC1 fungerer gjennom et rikt protein-protein interaksjonsnettverk, kalt forskerne "DISC1 interactome". Blant de kjente interaksjonspartnerne er 14-3-3ε, LIS1 og PDE4B- enzymet. DISC1 kan spille en viktig rolle i nevroplastisitet via interaksjoner med molekyler i cytoskjelettet og sentrosomet, for eksempel NUDEL og LIS1. Proteinet muliggjør også aktiviteten til dynein , et mikrotubuli -protein . Kontroll av transport av mikrotubuli er involvert i nevronal migrasjon, neurittvekst og axondannelse.

DISC1 kommer sterkt til uttrykk i kritiske perioder med hjernens utvikling, spesielt i de embryonale ventrikulære og subventrikulære sonene i cortex, hvor nevrale stamceller finnes. Denne lokaliseringen antyder at DISC1 er en viktig regulator for embryonisk og voksen neurogenese, og kan regulere spredning og/eller differensiering. Nivåer av proteinet i sykling av nevrale stamceller påvirker om de differensierer til nevroner eller forblir som forfedre. Uttryksprofilen er høyest i hippocampus under utvikling og forblir sterkt uttrykt i voksen tanngyrus og luktelampe , regioner der voksen nevrogenese er tilstede. DISC1 har også vist seg å regulere tempoet i neuronal integrasjon i hjernen og veiledning for posisjonering av nye nevroner.

På grunn av lokalisering av proteinet som ble funnet ved synapsen, vil DISC1 også sannsynligvis spille en nøkkelrolle i postsynaptisk tetthet , men denne nye rollen er ennå ikke fullt ut forstått.

Proteininteraksjoner

DISC1 -proteinet har ingen kjent enzymatisk aktivitet; den utøver snarere sin effekt på flere proteiner gjennom interaksjoner for å modulere deres funksjonelle tilstander og biologiske aktiviteter i tid og rom. Disse inkluderer:

DISK1

DISC1 har vist seg å assosiere seg selv, danne dimerer , multimerer og oligomerer . DISC1s evne til å danne komplekser med seg selv kan være viktig for å regulere sin affinitet for samhandlende partnere som NDEL1 . I hjerneprøver etter døden av pasienter med schizofreni er det en økning i uløselige DISC1 -oligomeraggregater, noe som indikerer en vanlig forbindelse med andre nevrologiske lidelser preget av proteinaggregasjon, nemlig Alzheimers sykdom , Parkinsons sykdom og Huntingtons sykdom .

ATF4/ATF5

ATF4 og ATF5 er medlemmer av leucin -glidelåsen som aktiverer transkripsjonsfaktor / CREB -familien. De er kjent for å binde til og regulere funksjonen til GABA B -reseptorer i synapser og er involvert i signaltransduksjon fra cellemembranen til kjernen. Begge proteinene samhandler med DISC1- og GABA B- reseptorer via sitt andre C-terminale leucin-glidelåsdomene, derfor er DISC1 i stand til å regulere GABA B- reseptorfunksjonen gjennom interaksjonen med ATF4/ATF5.

FEZ1

DISC1 deltar i neurittutvekst gjennom samspillet med fascikulerings- og forlengelsesproteinet ζ-1 ( FEZ1 ). FEZ1 er en pattedyrshomolog av C. elegans UNC-76 protein involvert i aksonal utvekst og fascikulering. Den C-terminale regionen FEZ1 (aa 247-392) er nødvendig for interaksjon med DISC1. En DISC1-region (aa 446-633), som inneholder to strekninger med spiralformet potensial er avgjørende for samspillet med FEZ1. DISC1-FEZ1-interaksjonen forbedres under nevrodifferensiering, og uttrykk for FEZ1-bindende domene til DISC1 har en dominerende negativ effekt på neurittutveksten, noe som innebærer samarbeid mellom DISC1 og FEZ1 i denne prosessen.

Kalirin-7

DISC1-proteinet spiller en rolle i prosessen med å regulere form og funksjon av ryggraden gjennom dets interaksjoner med kalirin-7 (kal-7). Kal-7 er en regulator for morfologi i ryggraden og synaptisk plastisitet i forbindelse med nevronaktivitet. Kal-7-avhengig regulering av ryggraddannelse skjer gjennom aktiviteten som en BNP/GTP-utvekslingsfaktor for Rac1 . Aktivering av Rac1 ved Kal-7 fører til økt ryggrad størrelse og synaptisk styrke gjennom regulering av aktin cytoskjelettet ved Rac1. DISC1 er i stand til å binde seg til kal-7, og begrense tilgangen til rac1, og i sin tur regulere spinaldannelse. Aktivering av NMDA-reseptorer forårsaker dissosiasjon av DISC1 og kal-7, slik at kal-7 er tilgjengelig for å aktivere rac1.

MAP1A

DISC1 viser sterk interaksjon med det mikrotubuli-assosierte proteinet MAP1A som styrer polymerisering og stabilisering av mikrotubulusnettverk i nevroner, og derved påvirke celleform og intracellulær transport av vesikler og organeller . MAP1A binder seg til den fjerne N-terminalen (aa 293-696) til DISC1, og aminoterminalen til DISC1 binder seg til LC2-underenheten til MAP1A. LC2-underenheten til MAP1A inneholder et aktinbindende domene og er nødvendig og tilstrekkelig for mikrotubulusbinding og polymerisering , derfor er DISC1 i stand til å regulere MAP1As evne til å polymerisere og stabilisere mikrotubuli og trafikkproteiner til riktig lokalisering i den synaptiske arkitekturen.

NDEL1/NUDEL

DISC1 er lokalisert til sentrosomet, det primære mikrotubuli som organiserer sentrum av cellen, via interaksjon med kjernefordelingsgen homolog-lignende 1 ( NDEL1 , også kalt NUDEL), hvor det er en del av et proteinkompleks involvert i cytoskjelettprosesser av nevronal migrasjon, inkludert nukleokinesis og neurittutvekst. NUDEL er også kjent for å spille en rolle i aksonregenerering og har en ekstra DISC1-modulert funksjon som en cysteinendopeptidase . Lokalisering av NUDEL til aksoner er avhengig av uttrykk for DISC1. NUDEL binder seg til et 100 aminosyredomene til DISC1 (aa 598-697) som inneholder et spolet spoledomene og en leucin-glidelås. Aminosyredomenet til NUDEL som binder DISC1 er karboksylterminalen 100 aminosyrer i proteinet (aa 241-345), som inneholder et cytoplasmatisk dyneinbindingssted .

PCM1/perisentriolært materiale

Proteinet Pericentriolar Material 1 (PCM1) som er assosiert med ciliautvikling i CNS interagerer direkte med proteinene Disrupted-In-Schizophrenia 1 (DISC1) og calmodulin 1 (CALM1). Kamiya et al. har vist at PCM1, DISC1 og BBS4 alle kan forstyrre neuronal organisering i musen når uttrykket deres er nedregulert. Markører ved det pericentriolare material 1 -genet (PCM1) har vist genetisk tilknytning til schizofreni i flere kontrollstudier av schizofreni. Resekvensering av genomisk DNA fra forskningsfrivillige som hadde arvet haplotyper assosiert med schizofreni viste en treonin og isoleucin mis-sense mutasjon i ekson 24 som kan endre strukturen og funksjonen til PCM1 (rs370429). Denne mutasjonen ble bare funnet som en heterozygote hos nitti åtte schizofrene forskningsemner og kontroller ut av et totalt utvalg på 2 246 case- og kontrollforskningsemner. Blant de nitti åtte bærerne av rs370429 ble seksti syv rammet av schizofreni. De samme allelene og haplotypene var assosiert med schizofreni i både London- og Aberdeen -prøver. En annen potensiell etiologisk endring i basepar i PCM1 var rs445422 som endret et spleisestedsignal. En ytterligere mutasjon, rs208747, ble vist ved elektroforetiske mobilitetsskiftanalyser for å lage eller ødelegge et promotor -transkripsjonsfaktorsted. Fem ytterligere ikke-synonyme endringer i eksoner ble også funnet. Gitt antallet og identiteten til haplotypene assosiert med schizofreni må ytterligere etiologiske endringer i basepar eksistere i og rundt PCM1 -genet. Funnene i forhold til PCM1 støtter rollen som DISC1 også er et mottakelighetssted for schizofreni.

Andre interaksjoner inkluderer: ACTN2 , CEP63 , EIF3A , RANBP9 og SPTBN4 .

Kliniske implikasjoner

Aberrasjoner av DISC1 regnes som en generalisert risikofaktor ved store psykiatriske sykdommer og har også vært implisert i hukommelsesunderskudd og unormale mønstre av hjerneaktivitet. DISC1-translokasjon øker risikoen for å utvikle schizofreni, bipolar lidelse eller alvorlig depresjon med omtrent 50 ganger sammenlignet med befolkningen generelt. Innsats for å modellere DISC1 sykdomsbiologi hos transgene mus, Drosophila og sebrafisk har gitt psykiatriske sykdomskonsekvenser knyttet til DISC1 -mutasjoner. Imidlertid er ingen spesifikk variant konsekvent assosiert med utvikling av psykiske lidelser, noe som indikerer allel heterogenitet ved psykiatrisk sykdom. Virkningen av varianter i DISC1 -genet på ekspresjon og proteinfunksjon er ennå ikke klart definert, og tilhørende varianter er ikke nødvendigvis forårsakende.

Schizofreni

Schizofreni rammer 1% av befolkningen generelt og er svært arvelig, noe som gir en indikasjon på et genetisk grunnlag. DISC1 har vært assosiert med nevrologiske abnormiteter som vrangforestillinger, underskudd på lang sikt og arbeidsminne , reduksjon av volumet av grå materie i hippocampus- og prefrontale regioner. Disse abnormitetene blir også sett på som symptomer på schizofreni. Siden DISC1 -funksjonen er involvert i nevrogenese og nevroplastisitet, kan sårbarhet for schizofreni innebære dysfunksjon i hippocampus, en hjerne -region der voksen nevrogenese forekommer.

Autisme og Aspergers syndrom

I 2008 avslørte en genetisk skjerm av 97 finske familier rammet av autisme og Aspergers syndrom gjentatte DNA -sekvenser i DISC1 -genet hos de som er diagnostisert med autisme. Videre ble det funnet en enkelt nukleotidendring i genet i 83% av familiemedlemmene med Aspergers syndrom. En nylig familiestudie har rapportert en stor sletting av kromosom 1 som inkluderer tap av DISC1 hos en ung gutt som er diagnostisert med autisme. En sammenheng mellom DISC1-duplisering og autisme har også blitt antydet av funnet av en duplisering med syv gener som inkluderer DISC1 båret av to brødre med autisme og mild retardasjon. Disse endringene hos mennesker med sykdommen er imidlertid sjeldne, da ingen ble funnet i en screening av 260 belgiere med autisme.

Transgene modellorganismestammer generert med muterte eller fraværende DISC1 antyder at genet kan bidra til minst noen autistiske abnormiteter. Mus med reduserte nivåer av DISC1 -ekspresjon viser unormal respons på elektrisk stimulering, en reduksjon av dopaminsyntese og manglende evne til å filtrere unødvendig sanseinformasjon. Studier av ekspresjon av mutant DISC1 prenatalt og postnatalt har vist varierende effekter, noe som indikerer muligheten for at tidlig postnatal uttrykk for mutant DISC1 forårsaker egenskaper ved autisme. Mange flere studier er nødvendige for å bekrefte disse forslagene.

Bipolar lidelse

Koblingsstudier i utvidede familier multiplisert med bipolar lidelse gir også bevis for DISC1 som en genetisk faktor i etiologien til bipolar lidelse. I 1998 ble det utført en oppfølgingsstudie av den store skotske familien der DISC1 først ble oppdaget. Ytterligere familiemedlemmer med den opprinnelige translokasjonen som utviklet alvorlig psykotisk sykdom, inkludert bipolar lidelse, ble identifisert.

Forskningsretninger

Siden DISC1 -undersøkelsen fortsatt er et voksende studieområde, gjenstår mange ubesvarte spørsmål angående proteinets biologiske funksjon og dets implikasjoner i psykiatriske lidelser. En grundig forståelse av DISC1 som en genetisk risikofaktor for psykiatriske lidelser gir et mulig mål for utvikling av nye medikamentelle behandlinger og forebyggende tiltak. Veiene regulert av DISC1 -interaksjon kan gi mulige muligheter for terapeutiske muligheter for å reversere relaterte underskudd. Definitiv genetisk arkitektur, risikofordeling og deres korrelasjon med prognose er avgjørende for å bestemme respons på nye medikamentelle behandlinger.

I tillegg til DISC1 har antisense -partneren blitt identifisert som DISC2, et ikke -kodende RNA -gen som kan være involvert i regulering av genlokus. Imidlertid er strukturen og funksjonen til DISC2 fortsatt ukjent og kan gi innsikt i hvordan DISC1 reguleres.

Sjeldne mutasjoner i DISC1 enn den opprinnelige translokasjonen er blitt oppdaget og krever ytterligere undersøkelse. Videre gjenstår å studere posttranslasjonal behandling og dens effekt på isoformuttrykk, som også bidrar til proteinfunksjon og kan være involvert i noen former for sykdom. Evnen til å forutsi virkningen av forskjellige typer mutasjoner på proteinfunksjon og resulterende psykiatrisk fenotype er avgjørende for utviklingen av målrettede behandlinger.

Familiestudier fortsetter å gi en viktig tilnærming til å utdype forståelsen av genets biologiske natur og dens kliniske implikasjoner. Mens den opprinnelige skotske familien der DISC1 ble oppdaget fortsatt blir vurdert, har andre familiefolk i forskjellige land også blitt fokus for forskning det siste tiåret. I 2005 ble det funnet at en amerikansk familie også hadde en rammeskiftmutasjon i DISC1-genet, som igjen adskilte seg med schizofreni og schizoaffektiv lidelse. Karakterisert ved en sletting av fire basepar, ble mutasjonen funnet hos to søsken, det ene med schizofreni og det andre med schizoaffektiv lidelse. Lignende studier har også blitt gjort med taiwanske og finske familier.

Referanser

Videre lesning

Eksterne linker

  • Oversikt over all strukturell informasjon tilgjengelig i PDB for UniProt : Q9NRI5 (Human Disrupted in schizophrenia 1 protein) på PDBe-KB .
  • Oversikt over all strukturell informasjon tilgjengelig i PDB for UniProt : Q811T9 (mus forstyrret ved schizofreni 1-homolog) på PDBe-KB .