MRPS2 缺陷新解：探秘人类 OXPHOS 缺乏与斑马鱼发育异常的关联密码

线粒体翻译缺陷影响 OXPHOS 活性和细胞呼吸。为探究 MRPS2 缺陷影响，研究人员分析两个家庭患者，发现双等位基因变异。体外和体内实验表明其致病，拓展了 COXPD36 表型和基因型谱，为相关疾病研究提供新视角。

　　在生命的微观世界里，线粒体就像一个个微小的能量工厂，为细胞的正常运转提供源源不断的动力。线粒体中的氧化磷酸化（OXPHOS）系统，更是这一能量生产过程的核心环节。然而，当这个精密的系统出现故障时，一系列健康问题便会接踵而至。线粒体核糖体蛋白 S2（MRPS2）作为线粒体核糖体小亚基组装和线粒体翻译的关键结构蛋白，其任何缺陷都可能影响 OXPHOS 系统的正常运作，进而引发多种疾病。此前，虽然已有研究发现 MRPS2 的缺陷与联合氧化磷酸化缺陷 36（COXPD36）有关，但对于其具体的致病机制和临床表型的多样性，仍存在许多未知。为了深入揭开这些谜团，来自印度马尼帕尔高等教育学院（Manipal Academy of Higher Education）等机构的研究人员展开了一项重要研究。
研究人员从两个印度裔的无关家庭中招募了两名先证者（P1 和 P2），并对他们进行了深入研究。研究结果发表在《European Journal of Human Genetics》上。
在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过 Singleton 外显子测序（ES）对先证者的基因组进行分析，找出潜在的基因变异；接着利用 Sanger 测序对筛选出的变异进行验证和分离分析。为了解变异对蛋白质结构和功能的影响，进行了计算机模拟蛋白质建模和分析。此外，还对患者来源的皮肤成纤维细胞进行培养，从 RNA、蛋白质和代谢水平进行检测，探究变异的功能影响。同时，运用 CRISPR/Cas9 介导的基因编辑技术构建斑马鱼 mrps2 基因敲除模型，研究其在体内的作用。
下面来看具体的研究结果：

1. 临床发现：P1 出生于近亲结合家庭，出生 41 天出现严重代谢性酸中毒、低血糖等症状，后续恢复且发育正常。P2 出生后 1 个月出现癫痫和低血糖症状，1 岁 5 个月时发育正常但仍有低血糖。
2. 外显子测序结果：P1 在 MRPS2 基因外显子 4 发现新的纯合错义变异 c.490G>A p.(Glu164Lys)；P2 发现先前报道过的错义变异 c.413G>A p.(Arg138His)。计算机预测工具显示这些变异对蛋白质功能有害，且通过 Sanger 测序证实了父母的携带者状态。
3. 计算机模拟蛋白质建模和分析：对于 p.Glu164Lys 变异，野生型 Glu164 与 Ile142 和 Ala159 形成极性接触，突变型 Lys164 则与 Gly140 和 Ala159 形成极性接触，且突变导致 MRPS2 与 MRPS9 之间极性相互作用丧失。对于 p.Arg138His 变异，野生型 Arg138 与 MRPS23 的 Leu30 形成极性接触，突变型 His138 则无法形成这种接触。
4. 变异 c.490G>A p.(Glu164Lys) 的功能分析：在 P1 的皮肤成纤维细胞中，qRT-PCR 显示 MRPS2 表达降低；蛋白质免疫印迹和蛋白质组学分析表明，MRPS2 以及复合物 I（NDUFS1）和复合物 IV（MT-CO₂、COX4）亚基显著减少。细胞呼吸分析显示线粒体呼吸能力受损，OXPHOS 酶活性降低，ATP 水平下降。线粒体形态分析显示线粒体分支长度减少，膜电位降低。
5. 斑马鱼 mrps2 基因敲除的影响：构建斑马鱼 mrps2 基因敲除模型后发现，敲除后斑马鱼出现发育异常，如孵化延迟、卵黄吸收延迟、身体弯曲等。同时，Complex IV 活性降低，12S rRNA 水平下降，mitoribosome 不稳定，OXPHOS 亚基基因转录水平降低。
   研究结论和讨论部分指出，该研究扩展了 COXPD36 的表型和基因型谱。MRPS2 在 mitoribosome 组装和线粒体翻译中起着关键作用，其变异会导致线粒体 OXPHOS 缺陷，影响线粒体呼吸、ATP 合成以及线粒体形态。斑马鱼模型进一步证实了 mrps2 缺失会导致发育异常和线粒体功能障碍。这些发现为深入理解 MRPS2 缺陷相关疾病的发病机制提供了重要依据，也为未来开发针对性的诊断和治疗方法奠定了基础。