中国人群TCOF1基因突变谱解析：揭示Treacher Collins综合征的转录调控紊乱机制

编辑推荐：本研究针对中国Treacher Collins综合征(TCS)患者群体，通过全外显子测序和功能实验，首次系统鉴定了TCOF1基因CRD和CTD结构域的11个新突变，发现致病性移码突变会破坏TCOF1与Pol II的相互作用及核定位能力，为TCS的分子诊断和遗传咨询提供了重要依据。

　　在人类发育生物学领域，Treacher Collins综合征(TCS)一直是个令人着迷又充满挑战的研究课题。这种每5万新生儿中就有1例的罕见疾病，给患儿带来严重的颅面畸形——从眼睑下垂、小耳畸形到下颌发育不全，不仅影响外观，更导致听力障碍、呼吸困难和进食困难等一系列功能问题。尽管早在1996年科学家就发现TCOF1基因突变与TCS密切相关，但近30年来，中国人群中的突变谱仍不完整，且约11%病例的致病突变尚未明确。更关键的是，这些突变如何通过影响神经嵴细胞(NCCs)发育导致颅面畸形，其分子机制仍有大量未解之谜。

北京航空航天大学医工交叉研究院联合中国医学科学院整形外科医院等机构的研究团队，针对这一科学难题展开了深入研究。他们通过对12例中国TCS患者（包括1个家系和11例散发案例）进行全外显子测序和功能验证，不仅填补了中国人群TCOF1突变谱的空白，更首次揭示了突变导致蛋白质相分离异常的新机制。这项发表在《Orphanet Journal of Rare Diseases》的研究，为理解TCS的发病机理提供了重要线索。

研究团队采用了三项关键技术：首先运用全外显子测序对患者组进行突变筛查，结合Sanger测序验证；其次通过生物信息学工具（IUPred2A、AlphaFold2等）预测突变蛋白的结构变化；最后采用免疫共沉淀、亚细胞分离和超分辨率显微镜等技术，在293T和HeLa细胞模型中验证突变对TCOF1功能的影响。

在"患者特征"部分，研究描述了一个典型TCS家系（患者TCS6）的临床表现：10岁女孩呈现双侧"花生状"残耳、外耳道闭锁、颧骨发育不全等特征，其父母表型正常。全外显子测序在该患者中发现了一个关键的13bp缺失突变（c.1559_1571del），导致TCOF1蛋白在第521位氨基酸后发生移码并提前终止（p.A521Hfs*71），该突变在家系中呈新生突变特征。

"致病突变鉴定"结果显示，在10例患者中共发现11个TCOF1突变，包括5个移码突变、1个非移码缺失和5个错义突变。值得注意的是，这些突变集中分布在两个关键功能域：中央重复结构域(CRD)和含核定位信号的C端结构域(CTD/NLS)。其中患者TCS8的c.1716dupG突变和TCS9的双突变（c.2771dupC/c.2774_2775insACACCTCCTG）均导致CRD结构破坏。

通过"计算机模拟分析"，研究人员发现野生型TCOF1蛋白含有73%的内在无序区域(IDRs)，而突变体p.A521Hfs*71在截短位置形成新的α螺旋，显著改变了IDRs的相分离特性。IUPred2和ANCHOR2分析显示，突变导致无序区域结合能力下降，这可能影响TCOF1与转录因子的相互作用。

最关键的发现来自"功能验证实验"。核质分离实验证明，突变型TCOF1无法有效进入细胞核，这与野生型形成鲜明对比。免疫共沉淀结果显示，虽然突变体仍能结合RNA聚合酶I(Pol I)，但与RNA聚合酶II(Pol II)的结合能力显著降低。超高分辨率显微镜观察进一步证实，突变蛋白在HeLa细胞中呈现异常的胞质滞留现象。

在讨论部分，研究提出了TCOF1致病的双机制模型：一方面，突变通过破坏CRD结构域，影响TCOF1与Pol II的相互作用，导致核糖体RNA(rRNA)合成障碍；另一方面，CTD/NLS结构域的缺失使蛋白无法正常入核，可能干扰CUL3KBTBD8-NOLC1-TCOF1复合体的形成，最终导致神经嵴细胞发育异常。该研究不仅将中国人群已知的TCOF1突变数量从19个增加到30个，更首次揭示了蛋白质相分离异常在TCS发病中的作用。

这项研究的临床意义尤为突出。目前TCS产前诊断面临突变谱广、基因型-表型相关性差等挑战。本研究确立的CRD和CTD/NLS作为突变热点区域，为临床基因检测提供了明确靶点。此外，发现TCOF1通过相分离机制发挥功能，为开发靶向治疗策略开辟了新思路。正如研究者强调的，深入解析TCOF1序列-结构-功能关系，将是未来攻克这一先天性疾病的关键所在。