Zinc Finger Homeobox 3 (ZFHX3)遺伝子の機能喪失による新規神経発達症候群

A novel neurodevelopmental syndrome caused by loss-of-function of the Zinc Finger Homeobox 3 (ZFHX3) gene.

抄録

神経発達障害（NDD）は、脳の発達と機能の障害によって引き起こされる。今回、我々は、症候群性知的障害（ID）の新規原因として、ZFHX3遺伝子の機能喪失変異を同定しました。ZFHX3は、ATBF1として知られているジンクフィンガーホメオドメイン転写因子で、細胞分化や腫瘍形成など様々な生物学的過程に関与しています。国際共同研究により、.NETのタンパク質切断変異体（PTV）または（部分）欠失を持つ41人の臨床データと形態計測データ（Face2Gene）を収集しました。データマイニング、RNAおよびタンパク質解析により、複数のモデルにおけるZFHX3の細胞内局在と時空間発現を明らかにした。ZFHX3 の DNA 標的を ChIP seq を用いて同定した。免疫沈降と質量分析により、神経幹細胞における内在性ZFHX3の潜在的な結合パートナーが示され、その後、逆転共免疫沈降とウェスタンブロットにより確認された。我々は、PTVを持つ6人と(部分)欠失を持つ4人の全血抽出DNAのDNAメチル化分析を用いて、ハプロ不全に関連するDNAメチル化プロファイルを評価した。逆遺伝学的アプローチにより、ハプロイン欠損のオルソログの特徴を明らかにした。機能喪失変異は一貫して、（軽度の）IDおよび／または行動上の問題、出生後の成長遅延、摂食障害、および口蓋裂の稀な発生を含む認識可能な顔面の特徴に関連します。ZFHX3の核内存在量は、ヒトの脳の発達や神経幹細胞およびSH-SY5Y細胞における神経分化の過程で増加し、ZFHX3はクロマチンリモデリングBRG1/Brm関連因子複合体および切断・ポリアデニル化複合体と相互作用している。クロマチンリモデリングの役割に関連して、ハプロ不全は白血球由来DNAにおける特異的なDNAメチル化プロファイルと関連している。ZFHX3の標的遺伝子は、神経細胞と軸索の発達に関与している。また、オルソログと考えられているZFHX3は、3齢幼虫の脳で発現している。zfh2のニューロン特異的なノックダウンは成虫の致死をもたらし、zfh2が発生と神経発達に重要な役割を果たすことが明らかにされた。興味深いことに、発達中の翼盤でzfh2およびZFHX3を異所性発現させると、胸郭裂の表現型が得られることがわかった。これらのデータから、ZFHX2の機能喪失型変異は、特異的なDNAメチル化プロファイルと関連する症候群性IDの原因であることが示されました。さらに、ZFHX3がクロマチンリモデリングとmRNAのプロセッシングに関与していることも明らかにした。

Neurodevelopmental disorders (NDDs) result from impaired development and functioning of the brain. Here, we identify loss-of-function variation in as a novel cause for syndromic intellectual disability (ID). ZFHX3, previously known as ATBF1, is a zinc-finger homeodomain transcription factor involved in multiple biological processes including cell differentiation and tumorigenesis. Through international collaboration, we collected clinical and morphometric data (Face2Gene) of 41 individuals with protein truncating variants (PTVs) or (partial) deletions of . We used data mining, RNA and protein analysis to identify the subcellular localization and spatiotemporal expression of ZFHX3 in multiple models. We identified the DNA targets of ZFHX3 using ChIP seq. Immunoprecipitation followed by mass spectrometry indicated potential binding partners of endogenous ZFHX3 in neural stem cells that were subsequently confirmed by reversed co-immunoprecipitation and western blot. We evaluated a DNA methylation profile associated with haploinsufficiency using DNA methylation analysis on whole blood extracted DNA of six individuals with PTVs and four with a (partial) deletion of . A reversed genetic approach characterized the orthologue in . Loss-of-function variation of consistently associates with (mild) ID and/or behavioural problems, postnatal growth retardation, feeding difficulties, and recognizable facial characteristics, including the rare occurrence of cleft palate. Nuclear abundance of ZFHX3 increases during human brain development and neuronal differentiation in neural stem cells and SH-SY5Y cells, ZFHX3 interacts with the chromatin remodelling BRG1/Brm-associated factor complex and the cleavage and polyadenylation complex. In line with a role for chromatin remodelling, haploinsufficiency associates with a specific DNA methylation profile in leukocyte-derived DNA. The target genes of ZFHX3 are implicated in neuron and axon development. In , z considered to be the orthologue, is expressed in the third instar larval brain. Ubiquitous and neuron-specific knockdown of zfh2 results in adult lethality underscoring a key role for zfh2 in development and neurodevelopment. Interestingly, ectopic expression of zfh2 as well as ZFHX3 in the developing wing disc results in a thoracic cleft phenotype. Collectively, our data shows that loss-of-function variants in are a cause of syndromic ID, that associates with a specific DNA methylation profile. Furthermore, we show that ZFHX3 participates in chromatin remodelling and mRNA processing.