ZBTB24基因BTB结构域错义突变通过蛋白质不稳定性导致ICF2综合征的分子机制研究

《Human Molecular Genetics》：Missense substitutions in the BTB domain of ZBTB24 can lead to protein instability and cause ICF2 syndrome

本研究报道了在ICF2综合征患者中发现的首例ZBTB24基因BTB结构域双等位基因错义突变（p.Val43Leu）。通过全基因组甲基化分析和功能实验，研究人员证实该变异导致ZBTB24蛋白稳定性降低、CDCA7转录激活功能丧失，并引发典型的ICF2表观遗传特征。该发现扩展了ICF2综合征的致病突变谱，揭示了BTB结构域变异通过功能缺失机制致病的新途径。

　　

在遗传学领域，免疫缺陷、着丝粒不稳定和面部异常综合征（ICF综合征）是一类罕见的常染色体隐性遗传病，其共同特征是全基因组DNA甲基化异常。其中ICF2型由ZBTB24基因突变引起，该基因编码的转录因子通过其C端锌指（ZF）结构域结合DNA靶点，并通过N端BTB结构域介导蛋白质相互作用。值得注意的是，此前报道的ICF2患者绝大多数携带ZF结构域的错义突变或功能丧失（LOF）变异，而BTB结构域的致病性错义变异仅有一例复合杂合病例报道。这留下了一个重要的科学问题：BTB结构域的错义变异是否足以导致ICF2综合征？其分子机制又如何？

为解答这一问题，研究人员在《Human Molecular Genetics》上发表了一项突破性研究，报道了首例携带ZBTB24基因BTB结构域纯合错义突变（p.Val43Leu）的ICF2患者。该患者同时患有镰状细胞病（SCD），但其早期发生的严重感染、发育迟缓和特殊面容等表型超出了SCD的疾病范畴，提示可能存在合并症。

通过全基因组甲基化分析，研究人员发现患者外周血细胞呈现出与典型ICF2患者完全一致的甲基化模式，包括着丝粒（ALR/α）和副着丝粒（GSAT、GSATII等）重复序列的显著低甲基化。更为重要的是，功能实验表明p.Val43Leu变异以及先前报道的p.Ser59Gly变异均导致ZBTB24蛋白稳定性显著降低，几乎检测不到完整的ZBTB24蛋白，同时伴随其靶基因CDCA7和RNF187的转录下调。这表明BTB结构域的错义变异通过蛋白质不稳定性机制实现功能丧失效应，从而引起ICF2综合征。

研究方法上，团队采用外显子组测序鉴定致病突变，通过全基因组甲基化芯片（Infinium Methylation EPIC 850K）分析表观遗传特征，利用位点定向突变、免疫共沉淀和蛋白质印迹等技术验证蛋白质稳定性和二聚化功能，并建立患者来源的淋巴母细胞系（LCL）进行体外功能研究。样本包括先证者RZ及其家庭成员的外周血样本和衍生细胞系。

临床 presentation

患者RZ为近亲婚配后代，婴儿期即出现严重感染（包括肺炎球菌性脑膜炎和败血症）、全面发育迟缓和特殊面容（眼距过宽、内眦赘皮、鼻梁扁平）。免疫学检查显示IgM水平持续偏低，而IgA和IgG正常。全外显子测序除发现HBB基因纯合突变（确诊SCD）外，还检测到ZBTB24基因BTB结构域的纯合错义突变c.127G>C（p.Val43Leu）。该变异在gnomAD数据库中未见报道，且Val43位点在进化上高度保守。

ICF2典型全基因组低甲基化模式在患者RZ中发现

甲基化芯片分析显示，RZ外周血DNA存在2183个差异甲基化探针（DMPs），其全基因组低甲基化模式与四个已确诊ICF2患者高度相似。基因本体分析显示低甲基化基因显著富集于神经系统功能通路，与患者的神经发育迟缓表型相符。

着丝粒和副着丝粒卫星重复序列在RZ患者中低甲基化

特异性分析发现，RZ的着丝粒α卫星重复序列和副着丝粒卫星重复序列（如SAT2）均呈现显著低甲基化。通过区域特异性亚硫酸氢盐测序进一步证实了染色体1、10和16的SAT2重复序列低甲基化，这是ICF综合征的分子标志。

患者RZ血源染色体显示非典型表型

虽然患者外周血染色体未检出典型的多径向结构，但6.8%的细胞存在姐妹染色单体提前分离（PSCS）现象。而在患者来源的LCL中，7.7%的细胞显示1号染色体副着丝粒区解凝缩，这与ICF综合征的细胞遗传学特征一致。

BTB结构域致病性错义突变降低全长ZBTB24

免疫共沉淀实验证实全长ZBTB24^WT可通过BTB结构域形成同源二聚体。然而，p.Val43Leu和p.Ser59G变体均导致外源表达和内源性ZBTB24蛋白水平显著降低，同时出现约50 kDa的C端降解产物。蛋白酶体和自噬抑制剂处理未能有效稳定突变蛋白，提示其降解机制尚待阐明。

内源性全长ZBTB24-V43L蛋白在患者来源淋巴母细胞中减少

Western blot分析显示患者LCL中几乎检测不到全长ZBTB24蛋白，其靶基因CDCA7和RNF187的mRNA水平显著下调。杂合携带者（患者母亲）的LCL显示ZBTB24蛋白中间水平表达，进一步支持突变的剂量效应。

研究结论与讨论部分指出，本研究首次证实BTB结构域错义突变可通过蛋白质不稳定性机制导致ICF2综合征，扩展了该疾病的致病突变谱。值得注意的是，患者合并的SCD和功能性无脾症可能放大了其感染易感性，而染色体分析中新发现的PSCS现象提示着丝粒功能异常可能与DNA低甲基化存在更深层次的联系。从临床诊断角度，这一发现强调了对疑似ICF2患者进行BTB结构域测序的重要性，同时提示ZBTB24蛋白稳定性调控可能成为新的治疗靶点。该研究不仅完善了ICF2综合征的分子诊断框架，也为理解BTB-ZF转录因子家族的功能机制提供了重要线索。