2022年4月7日，美国贝勒医学院分子与人类遗传学系Shenzhao Lu等人在The American Journal of Human Genetics杂志上发表了题为“Loss-of-function variants in TIAM1 are associated with developmental delay, intellectual disability, and seizures“的研究论文，该研究发现TIAM1功能丧失变异（LOF）导致发育迟缓、智力障碍和癫痫发作，并通过构建果蝇模型进一步研究了其致病机制。

研究背景

TIAM1是一种鸟嘌呤核苷酸交换因子(GEF)。GEF是促进其活化的小GTP酶的正调节因子。每个单独的GEF都有一个特异性谱，而TIAM1是Ras相关的C3肉毒杆菌毒素底物1 (RAC1)特异性GEF。RAC1刺激调节肌动蛋白细胞骨架组织、细胞运动、分化和增殖的信号通路。TIAM1在大脑中富集。啮齿动物直系同源物Tiam1也在大脑中表达，存在于树突和棘中，是发育过程中维持正常生长所必需的。Tiam1缺陷的小鼠树突结构，树突脊柱密度及齿状回中兴奋性突触传递均减少。still life (sif)编码果蝇中TIAM1的直向同源物。之前的研究表明，sif缺陷导致运动活动减少，然而在线人类孟德尔遗传(OMIM)数据库或文献中尚未报告TIAM1的改变会导致人类疾病。

受影响的个体都有神经发育症状，主要是发育迟缓、智力障碍、言语迟缓和癫痫发作，部分患有自闭症；其中5人报告癫痫发作，发病年龄为2个月至13岁；5个人中有3个人的脑部MRI有异常，但异常情况并不一致，其中先证者2表现出进行性大头畸形，被认为继发于慢性硬膜下血肿或轴外积液和弥漫性脑萎缩（图1），但尚不清楚这些MRI特征是该病原发性还是可能由其他原因引起。通过遗传分析在五位患者中发现TIAM1双等位基因错义变异。

图1.先证者2的脑MRI图像及患者TIAM1突变

为了评估TIAM1变体在体内的影响，研究人员在果蝇中进行了实验。TIAM1的果蝇直系同源物是sif。sif主要在果蝇CNS的神经元中表达，其中三龄幼虫在中枢神经系统的神经细胞中表现出sif表达，尤其是在中脑和腹神经索中；在成年果蝇中，sif富含于视叶、触角叶和其他大脑区域（图2）。中枢神经系统中sif的表达模式表明sif可能在发育和成年阶段发挥作用。

图2. sif主要在果蝇CNS的神经元中表达

sif缺失会损害生存能力，幸存的果蝇表现出攀爬缺陷和癫痫样行为。果蝇的癫痫样行为的特征是翅膀颤动、腿抽搐的异常姿势和腹部肌肉收缩。机械刺激或热刺激可诱发癫痫发作。sif LOF突变体（sif T2A-GAL4/Df 和 sif T2A-GAL4/sif ES11）对癫痫发作极为敏感，因为它在机械刺激时会导致20%–30%的苍蝇出现姿势异常、翅膀颤动和腿部抽搐。与sif LOF相关的攀爬缺陷和癫痫样行为主要是由sif的神经元丢失引起的。

为了测试人类TIAM1是否可以在功能上替代sif的缺失，研究人员首先检查了TIAM1 Ref cDNA的表达是否挽救了sif LOF突变体的表型。数据表明TIAM1部分取代了sif的功能，但TIAM1的较高表达水平是有毒性的。因此，TIAM1 cDNA过表达的毒性可能会限制其拯救能力。与TIAM1 Ref相比，TIAM1 p.Arg23Cys变体显示出显著降低的存活率，表明这是部分LoF变体。TIAM1 p.Leu862Phe和p.Gly328Val显示出与TIAM1 Ref相当的存活率，这表明它们可能是功能性蛋白质。由于TIAM1 Ref和变体在过表达时可能具有不同程度的毒性，因此TIAM1 cDNA在sif LOF突变体中的拯救能力可能不能简单地通过生存能力来解释。因此，在WT背景而非LOF背景中探索了TIAM1变体在各种过表达测定中的功能，结果表明WT fly sif或人TIAM1 Ref的异位表达是有毒性的，TIAM1 变体毒性较小。

结论

总之，研究人员发现TIAM1双等位基因致病性变异与人类神经系统疾病有关。研究人员在果蝇中提供功能分析，支持TIAM1相关变体的LOF模型。有必要对潜在机制进行进一步研究，以更好地了解病理机制，并可能提供治疗策略。

参考文献：Lu S, Hernan R, Marcogliese PC, et al. Loss-of-function variants in TIAM1 are associated with developmental delay, intellectual disability, and seizures. Am J Hum Genet. 2022;109(4):571-586.

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撰文：邹婷婷

编辑：刘振兴

审核：张贤钦