《The FEBS Journal》：Newly identified human aminoacyl-tRNA synthetase complex interacting multifunctional protein 2 (AIMP2) loss-of-function mutations cause neurodevelopmental defects linked to cell death in a zebrafish model
编辑推荐：
氨基酸酰-tRNA合成酶复合体相互作用多功能蛋白2（Aminoacyl-tRNA synthetase complex interacting multifunctional protein 2, AIMP2）是真核生物特有的多合成酶复合体（multisynt
氨基酸酰-tRNA合成酶复合体相互作用多功能蛋白2（Aminoacyl-tRNA synthetase complex interacting multifunctional protein 2, AIMP2）是真核生物特有的多合成酶复合体（multisynthetase complex, MSC）的组分，该复合体由8种氨基酸酰-tRNA合成酶（aminoacyl-tRNA synthetase, ARS）和3种支架组分即氨基酸酰-tRNA合成酶相互作用多功能蛋白（AIMP1-3）组成。近期研究表明，AIMP2的双等位基因（bi-allelic）突变会导致一种在表型上与隐性ARS突变所致疾病重叠的神经发育综合征。研究人员在本文中进一步表征了两名严重神经发育障碍患者的AIMP2突变，其中包括一名既往未报道的复合杂合患者。研究人员显示，患者来源成纤维细胞中的AIMP2突变导致蛋白表达降低、蛋白质合成减弱，以及MSC组分甲硫氨酰-tRNA合成酶（Methionyl-tRNA synthetase, MARS1）的失调。通过CRISPR介导的斑马鱼aimp2敲除导致发育中脑内细胞死亡增加和萎缩，进一步支持AIMP2功能障碍与神经发育缺陷之间的关联。研究人员在疾病相关无义突变表达上测试了反密码子工程抑制tRNA（anticodon engineered suppressor tRNAs），发现其可显著提高AIMP2变异体的蛋白表达。综上，这些数据表明AIMP2耗竭在人和斑马鱼中均导致神经发育功能障碍，并提示诸如反密码子工程抑制tRNA等疗法可改善患者结局。
论文解读：《The FEBS Journal》发表关于AIMP2功能缺失突变与神经发育障碍研究
研究背景与立项依据
氨基酸酰-tRNA合成酶（ARS）及多合成酶复合体（MSC）支架蛋白AIMP1-3突变已被关联到复杂神经系统疾病。ARS突变可分为显性周围神经病、双等位基因神经发育障碍、双等位基因肝肺为主多系统病三类；AIMP双等位基因突变及tRNA成熟相关基因异常也可致神经发育表型。AIMP2又称p38，位于MSC核心，与MARS1、AIMP3、EPRS1及AIMP1、QARS1、RARS1、KARS1形成亚复合体，并参与KARS1整合入MSC。小鼠Aimp2敲除致多种ARS蛋白量与活性下降并早期致死。但人类AIMP2双等位基因突变如何导致脑萎缩、癫痫、小头、白质异常，以及MSC失调与神经元细胞死亡的关系仍不清楚，且尚无针对性干预证据。因此研究人员通过对新发患者建模、细胞与斑马鱼实验及抑制tRNA救援，阐释机制并探索治疗路径。
主要关键技术方法
研究人员使用全外显子测序鉴定新发复合杂合AIMP2突变患者，以既往已报道纯合突变患者为对照；取患者来源成纤维细胞与对照组做蛋白与翻译水平分析；以CRISPR-Cas9在斑马鱼F0 crispant中破坏aimp2并做吖啶橙凋亡、HuC:GFP脑区成像；在HEK293细胞中转染野生型与无义突变GFP-AIMP2及反密码子工程抑制tRNA（suppressor tRNA）评估通读救援。样本队列来源包括已发表印度裔纯合突变患者、本研究美国多族裔复合杂合患者及其父母 segregation 材料、商业/馈赠HEK293与斑马鱼转基因系。
研究结果
AIMP2 mutations identified in an individual with a severe neurodevelopmental disorder
研究人员通过全外显子测序在一名严重神经发育障碍患者中发现AIMP2 c.75C>A（p.Y25*）与intron 3 c.575-2A>G复合杂合突变，Sanger验证且父母各带一端；患者生后痉挛、West综合征、小头、喂养困难，24月MRI较5月出现皮质、小脑、脑干萎缩与髓鞘化不足。结论：新发双等位基因AIMP2突变具功能缺失并对应进展性脑结构破坏。
AIMP2 mutations alter mRNA and protein expression
Sanger确认基因型后，Western blotting与免疫荧光显示两名患者成纤维细胞全长AIMP2剧降，出现疑似降解/交叉反应条带AIMP2*，胞质点状信号消失；无大聚集体。结论：致病机制为功能缺失而非截短蛋白毒性聚集。
Protein synthesis is attenuated and MARS1 is dysregulated in AIMP2 patient fibroblasts
OPP-puromycin标记显示患者成纤维细胞新蛋白合成显著减弱；Western与成像见MARS1蛋白量降逾50%，且由胞质富集转为核相对富集，AIMP1量不变。结论：AIMP2缺失削弱翻译，并特异性扰乱MSC中MARS1水平与亚细胞定位。
AIMP2 mutations increase apoptosis in the developing zebrafish brain
斑马鱼具单拷贝aimp2、脑发育高表达且与人对位56%一致。CRISPR诱导exon 3移码终止；24与48小时受精后（hpf）头区吖啶橙信号约3倍与2倍升高，48 hpf前脑缩小，6天受精后（dpf）全脑面积减小，成鱼存活下降；而成纤维细胞未见凋亡升高。结论：AIMP2缺失通过脑发育期细胞类型特异性死亡致脑萎缩。
Expression of anticodon engineered suppressor tRNAs efficiently promotes readthrough of AIMP2 premature stop codon mutations
HEK293中转染Y25、Y35 GFP-AIMP2本仅微弱信号；氨基糖苷类无明显作用，而共表达反密码子工程TAA-Tyr suppressor tRNA使全长AIMP2与核周点状定位近野生型恢复，Western证实蛋白量回补。结论：suppressor tRNA可高效通读AIMP2无义突变并重建蛋白。
讨论与结论翻译
讨论指出，AIMP2与ARS双等位基因病表型重叠可用MARS1等MSC组分失调解释；神经系统对蛋白合成受损尤其敏感。AIMP2对神经元存活关键，但过表达AIMP2经PARP1促帕金森样凋亡与缺失模型方向相反，提示次级功能尚需分辨。斑马鱼数据支持AIMP2耗竭→脑发育细胞死亡→萎缩链条，AIMP2应纳入特发性神经发育综合征基因panel。
研究结论部分翻译：本工作表明功能缺失AIMP2突变导致神经发育表型；细胞与动物模型确认其致病性，提示该基因应加入不明原因神经发育综合征检测组合。蛋白合成减弱可能是核心病理过程，与同类神经发育障碍机制一致。反密码子工程tRNA显著救援AIMP2蛋白水平，代表可行治疗策略，若以脂质纳米颗粒鞘内注射递送尤具前景；因杂合携带父母表型正常，即便适度恢复AIMP2表达也可能显著改善患者结局。
