マウス先天性中枢性低換気症候群モデルにおける新生児無呼吸表現型は、非細胞の自律的発達機構を介して誘導される

Neonatal Apneic Phenotype in a Murine Congenital Central Hypoventilation Syndrome Model is Induced Through Non-Cell Autonomous Developmental Mechanisms.

• Diego Alzate-Correa
• Jillian Liu
• Mikayla Jones
• Talita M Silva
• Michele Joana Alves
• Elizabeth Burke
• Jessica Zuñiga
• Behiye Kaya
• Giuliana Zaza
• Mehmet Tahir Aslan
• Jessica Blackburn
• Marina Y Shimada
• Silvio A Fernandes-Junior
• Lisa A Baer
• Kristin I Stanford
• Amber Kempton
• Sakima Smith
• Caroline C Szujewski
• Abby Silbaugh
• Jean-Charles Viemari
• Ana C Takakura
• Alfredo J Garcia
• Thiago S Moreira
• Catherine M Czeisler
• José J Otero

抄録

先天性中枢性低換気症候群（CCHS）は、通常、ホメオドメイン転写因子PHOX2Bの変異によって引き起こされるまれな遺伝性疾患である。CCHS患者の中には、主にCOおよび/またはO呼吸化学反射の欠損に苦しむ患者がいるが、他の患者は出生後まもなく完全な無呼吸を呈する。我々の目標は、CCHSにおける無呼吸の神経病理学的機序を明らかにすることであった。発達中のマウス神経上皮では、Phox2bは背側-背側軸の3つの前駆体ドメインで発現しており、異なるドメインでは、独自の自律神経ニューロンや内臓運動ニューロンを産生している。Phox2bの発現を腹側の内臓運動ニューロンドメインに制限すると、内臓運動ニューロンの有意な損失、RTNアブレーション、およびプレベッツィンガー複合体の機能不全とともに、著しい新生児無呼吸が誘導されることが明らかになった。このことから、観察された無呼吸は非細胞自律的な発生機序で発生していることが示唆されました。また、Phox2bの変異体発現は、背側菱脳ニューロンでは、呼吸機能障害は発生しなかったが、代謝熱調節障害が発生することを明らかにした。我々は、マウスPhox2bスプライス変異体の発現を確認した。この変異体は、より広く研究されているPhox2bスプライス変異体とエクソン1と2を共有しているが、CCHS変異の多くが起こるエクソン3が異なる。また、内臓運動ニューロン前駆細胞領域におけるPhox2bの変異体発現は、内臓運動ニューロンの発生を犠牲にして細胞増殖を増加させることを示しました。また、内臓運動ニューロンは脳幹呼吸器ニューロンの発生のオーガナイザーとして機能している可能性があり、その発生が阻害されると、脳幹呼吸器ニューロンの二次的・非細胞自律的な発育不全が起こることを示唆している。

Congenital central hypoventilation syndrome (CCHS) represents a rare genetic disorder usually caused by mutations in the homeodomain transcription factor PHOX2B. Some CCHS patients suffer mainly from deficiencies in CO and/or O respiratory chemoreflex, whereas other patients present with full apnea shortly after birth. Our goal was to identify the neuropathological mechanisms of apneic presentations in CCHS. In the developing murine neuroepithelium, Phox2b is expressed in three discrete progenitor domains across the dorsal-ventral axis, with different domains responsible for producing unique autonomic or visceral motor neurons. Restricting the expression of mutant Phox2b to the ventral visceral motor neuron domain induces a marked newborn apnea together with a significant loss of visceral motor neurons, RTN ablation, and preBötzinger complex dysfunction. This finding suggests that the observed apnea develops through non-cell-autonomous developmental mechanisms. Mutant Phox2b expression in dorsal rhombencephalic neurons did not generate significant respiratory dysfunction, but did result in subtle metabolic thermoregulatory deficiencies. We confirm the expression of a novel murine Phox2b splice variant which shares exons 1 and 2 with the more widely studied Phox2b splice variant, but which differs in exon 3 where most CCHS mutations occur. We also show that mutant Phox2b expression in the visceral motor neuron progenitor domain increases cell proliferation at the expense of visceral motor neuron development. We propose that visceral motor neurons may function as organizers of brainstem respiratory neuron development, and that disruptions in their development result in secondary/non-cell autonomous maldevelopment of key brainstem respiratory neurons.

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