SSPO,也称为SCO-spondin,是一种由下丘脑组织(subcommissural organ, SCO)分泌的大型单体蛋白,该蛋白在哺乳动物中形成Reissner's fiber(RF)这一细胞外聚合物。RF贯穿脑室中的脑脊液(CSF),并延伸至脊髓中央管。在斑马鱼中,RF和CSF接触神经元(CSF-cNs)形成一个轴向感觉系统,该系统可以检测脊髓的曲率,指导身体轴线的形态发生,并确保脊柱的正确对齐。在哺乳动物模型中,RF被认为与CSF循环有关[1,3]。然而,由于SSPO基因异常庞大,包含15,719个核苷酸,因此传统方法在操纵该基因方面存在挑战。
为了研究SSPO和RF的功能,研究者们利用CRISPR/Cas9基因编辑技术创建了SSPO基因敲除小鼠模型。研究发现,SSPO敲除小鼠的SCO中缺少RF阳性物质,并且脑室中的纤维凝块也消失了。值得注意的是,与同窝对照相比,SSPO敲除小鼠的脑室体积显著减小。此外,研究者还观察到SSPO敲除小鼠的胸椎曲率存在轻微缺陷,但并未影响其基本的运动行为[1,3]。
除了在脑发育中的作用,SSPO基因的突变还与人类疾病有关。例如,一项针对中国遗传性弥漫性胃癌患者的研究发现,SSPO基因的胚系变异在HDGC患者中具有较高的发生率,这表明SSPO可能是HDGC的易感基因之一[2]。另一项研究发现,SSPO基因的体细胞突变在侵袭性乳头状甲状腺微小癌中富集,这提示SSPO基因可能与甲状腺癌的侵袭性相关[6]。
此外,SSPO基因在脑脊液流动和脊柱发育中也起着重要作用。研究发现,RF的缺失会导致CSF-cNs中urotensin相关肽(urp)基因的表达降低,进而影响脊柱的曲率,可能导致脊柱侧凸等脊柱畸形。此外,SSPO基因的缺失还可能导致脑积水和其他脑发育缺陷[4,5,7]。
综上所述,SSPO基因在脑发育、CSF循环和脊柱发育中发挥着重要作用。SSPO基因的突变与多种人类疾病相关,包括遗传性弥漫性胃癌和侵袭性乳头状甲状腺微小癌。深入研究SSPO基因的功能和调控机制,有助于我们更好地理解相关疾病的发病机制,为疾病的诊断和治疗提供新的思路和策略。
参考文献:
1. Xu, Huixin, Dugué, Guillaume P, Cantaut-Belarif, Yasmine, Wyart, Claire, Lehtinen, Maria K. 2023. SCO-spondin knockout mice exhibit small brain ventricles and mild spine deformation. In Fluids and barriers of the CNS, 20, 89. doi:10.1186/s12987-023-00491-8. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38049798/
2. Liu, Ze-Xian, Zhang, Xiao-Long, Zhao, Qi, Xu, Rui-Hua, Qiu, Miao-Zhen. 2022. Whole-Exome Sequencing Among Chinese Patients With Hereditary Diffuse Gastric Cancer. In JAMA network open, 5, e2245836. doi:10.1001/jamanetworkopen.2022.45836. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36484990/
3. Xu, Huixin, Dugué, Guillaume P, Cantaut-Belarif, Yasmine, Wyart, Claire, Lehtinen, Maria K. 2023. SCO-spondin knockout mice exhibit small brain ventricles and mild spine deformation. In bioRxiv : the preprint server for biology, , . doi:10.1101/2023.08.01.551512. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37577601/
4. Zhang, Tingting, Ai, Daosheng, Wei, Pingli, Sun, Wenzhi, Ge, Woo-Ping. 2024. The subcommissural organ regulates brain development via secreted peptides. In Nature neuroscience, 27, 1103-1115. doi:10.1038/s41593-024-01639-x. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38741020/
5. Lu, Hao, Shagirova, Aidana, Goggi, Julian L, Yeo, Hui Li, Roy, Sudipto. 2020. Reissner fibre-induced urotensin signalling from cerebrospinal fluid-contacting neurons prevents scoliosis of the vertebrate spine. In Biology open, 9, . doi:10.1242/bio.052027. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32409296/
6. Song, Jianlu, Wu, Shouxin, Xia, Xiaotian, Fan, Youben, Yang, Zhili. 2018. Cell adhesion-related gene somatic mutations are enriched in aggressive papillary thyroid microcarcinomas. In Journal of translational medicine, 16, 269. doi:10.1186/s12967-018-1642-0. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30285776/
7. Neupane, Sanjiv, Goto, June, Berardinelli, Steven J, Haltiwanger, Robert S, Holdener, Bernadette C. . Hydrocephalus in mouse B3glct mutants is likely caused by defects in multiple B3GLCT substrates in ependymal cells and subcommissural organ. In Glycobiology, 31, 988-1004. doi:10.1093/glycob/cwab033. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33909046/