context: Una mutación missense en Katnal1 subyace a anomalías conductuales, neurológicas y ciliareshttps://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5761721/SHA: f4cebabd74b16e710fb41a737d8ef84b7d565d8dAutores: Banks, G; Lassi, G; Hoerder-Suabadissen, A; Tinarelli, F; Simon, M; Wilcox, A; Lau, P; Lawson, T N; Johnson, S; Rutman, A; Sweeting, M; Chesham, J E; Barnard, A; Horner, N; Westerberg, H; Smith, L B; Molnár, Z; Hastings, M H; Hirst, Aunque la separación de microtúbulos es fundamental para muchos procesos neurales dinámicos, poco se sabe sobre el papel del miembro de la familia Katanin p60 subunidad A-como 1, KATNAL1, en la función del sistema nervioso central (SNC). Estudios recientes que reportan que las microdeleciones que incorporan el locus KATNAL1 en humanos resultan en discapacidad intelectual y microcefalia sugieren que KATNAL1 puede jugar un papel prominente en el SNC; sin embargo, tales asociaciones carecen de los datos funcionales necesarios para resaltar los mecanismos potenciales que vinculan el gen con los síntomas de la enfermedad. Aquí identificamos y caracterizamos una línea de ratón que lleva una pérdida de función alelo en Katnal1. Demostramos que los mutantes expresan déficits de comportamiento incluyendo en ritmos circadianos, sueño, ansiedad y aprendizaje/memoria. Además, en el cerebro de ratones mutantes Katnal1 revelamos numerosas Además, se evidencian defectos en los cilios motiles de las células ependimales ventriculares de los mutantes, sugiriendo un papel para Katnal1 en el desarrollo de la función ciliar. Creemos que los datos que presentamos aquí son los primeros en asociar KATNAL1 con tales fenotipos, demostrando que la proteína juega papeles claves en una serie de procesos integrales al desarrollo de la función y el comportamiento neuronal. Texto: Las enzimas cortantes del microtúbulo son una familia de proteínas AAA-ATPasa que participan en procesos celulares fundamentales como la mitosis, la biogénesis ciliar y la motilidad del cono de crecimiento. 2 Además, las mutaciones en los genes de las enzimas cortantes de los microtúbulos SPG4, KATNB1 y KATNAL2 se asocian con la paraplejia espástica hereditaria, las malformaciones cerebrales y el autismo, respectivamente [3] [4] [5] [6] y las mutaciones en Fign causan una gama de fenotipos en ratones. 7 Actualmente la enzima cortante de los microtúbulos KATNAL1 está mal caracterizada y todavía no se entiende cómo funciona la enzima en el sistema nervioso. Evidencia reciente de la caracterización genética de pacientes humanos sugiere que la haploinsuficiencia de KATNAL1 está relacionada con una serie de síntomas, incluyendo discapacidad intelectual (ID) y dismorfologías craneofaciales. 8, 9 También es notable que una mutación KATNAL1 muy rara se ha asociado con esquizofrenia 10 (http://atgu.mgh.harvard.edu/~spurcell/genebook/gene book.cgi?user = guest&cmd = verb-gene&tbox = KATNAL1) y que el síndrome de Peters y el autismo se han asociado con la región cromosómica que contiene el locus KATNAL1. 11, 12 Aunque estos estudios de asociación sugieren fuertemente que KATNAL1 juega un papel fundamental en el sistema nervioso central (SNC), se requieren estudios adicionales utilizando modelos celulares o animales para entender cómo el gen puede ser causativo de enfermedad. Aquí presentamos el primer estudio que describe déficits neuronales y de comportamiento asociados con una pérdida de función allele de Katnal1 en el ratón. Esta línea de ratón mutante fue identificada de forma independiente en dos pantallas fenotipadoras paralelas, que demostraron que los ratones mutantes mostraban tanto esterilidad masculina como fenotipos circadianos. Investigaciones de comportamiento posteriores demostraron que esta mutación está asociada con ansiedad y déficits de memoria.Basándose en estos fenotipos de comportamiento, identificamos anomalías histopatológicas en el cerebro de los mutantes Katnal1 1H/1H, incluyendo capas celulares desordenadas en el hipocampo y corteza y ventrículos sustancialmente mayores. Investigaciones posteriores demostraron que los ratones Katnal1 1H/1H muestran migración neuronal y déficits de función ciliar que sugieren que KATNAL1 juega un papel esencial en estos procesos. Estos hallazgos son los primeros de nuestro conocimiento que muestran de manera concluyente que las mutaciones en Katnal1 conducen a trastornos de comportamiento y neuronales y proporcionan información sobre las asociaciones clínicas que han sido vinculadas al gen. Se realizó en cohortes de ratón parcialmente o completamente congénicas en el fondo C57BL/6 J. Se realizó el funcionamiento de rueda circadiana como se describió anteriormente. 14 Se realizó la evaluación del sueño mediante electroencefalografía y electromiografía La electroencefalografía y electromiografía como se describió anteriormente. 15 Alternancia espontánea conductual fenotipado. Se colocó a los ratones en un T-maze amurallado (cloruro de polivinilo negro, forrado con serrín; tronco = 88 × 13 cm; brazos = 32 × 13 cm) y se les permitió entrar en un brazo de meta de su elección. El ratón se confina en el brazo de meta durante 30 s, antes de que se les permitiera una segunda elección libre del brazo de meta. Se registró una alternancia si la segunda elección difería de la primera. Se realizó un ensayo por día durante 10 días Los ratones fueron colocados en una arena amurallada (cloruro de polivinilo gris; 45 × 45 cm) y se les permitió explorar durante 20 minutos. Los animales fueron monitorizados por el software de análisis XT de EthoVision (Noldus, Wageningen, Países Bajos). El seguimiento de vídeo en la jaula doméstica. La actividad en la jaula doméstica fue grabada por el seguimiento de vídeo como se describió anteriormente. 16 laberinto de agua Morris y vocalización ultrasónica. Estas pruebas se realizaron como se describió anteriormente. 17 histología cerebral e inmunofluorescencia Los cerebros fueron montados en OCT (VWR) y 12 μm secciones coronales tomadas. Las secciones fueron manchadas con hematoxilina y eosina, o inmunoetiquetadas siguiendo protocolos estándar. La evaluación de migración neuronal in vivo se realizó como se describió anteriormente 18 utilizando embriones en E13 o E15 (tres madres por grupo de La evaluación in vitro de la migración neuronal se realizó mediante un protocolo de migración de cámara Boyden descrito anteriormente. 19 Tomografía microcomputada La tomografía microcomputada se realizó mediante una Skyscan 1172 a 90 kV, 112 μA mediante un filtro de aluminio y cobre, un paso de rotación de 0,250 grados y un tamaño de píxel de 4,96 μm. La segmentación, el cálculo de volumen y el modelado 3D se realizaron mediante ITK-SNAP versión 3.0.0 (ref. 20) y 3DSlicer. 21 Tinción Golgi-Cox de neuronas La tinción neuronal Golgi-Cox se realizó mediante el kit FD Rapid GolgiStain (FD NeuroTechnologies, Columbia, MD, EE.UU.). Se diseccionaron los cerebros de los ratones P2 y se seccionó la mitad cerebral dorsal (250 μm) a través del suelo del ventrículo lateral y del tercer ventrículo utilizando un vibratomo. Se analizó la frecuencia y el patrón de latidos ciliares como se describió anteriormente. 22 Microscopía electrónica para escanear Microscopía electrónica El revestimiento ependimal del ventrículo lateral se fijó en 2,5% glutaraldehído, 2% paraformaldehído en tampón de fosfato de 0,1 M, incubado en tetróxido de ósmico al 2%, y deshidratado a través de soluciones de etanol. Las muestras se secaron en punto crítico utilizando un microscopio electrónico de barrido Emitech K850 (Quorum Technologies, East Sussex, UK), recubierto con platino utilizando un capa de sputter Quorom Q150R (Qu La microscopía electrónica de transmisión se realizó según lo descrito anteriormente. 22 Análisis estadístico Los datos fueron analizados utilizando la prueba T de estudiantes de dos colas o AVOVA utilizando SPSS (IBM) o GraphPad Prism 5.0 (GraphPad Software, La Jolla, CA, EE.UU.). El nivel de significancia para todos los análisis se estableció en Po 0.05. Todos los gráficos se presentan mostrando promedio ± s.m. Se pueden encontrar métodos adicionales y más detallados en información complementaria. Identificación y clonación de la mutación Katnal1 1H Para identificar mutaciones genéticas novedosas que afectan al comportamiento circadiano, realizamos una pantalla de rueda circadiana de pedigrees de ratones N-etil-N-nitrosourea mutagenizados. 13 En un pedigrí 17,65% de los animales mostró un corto período circadiano en constante oscuridad (o En las siguientes pantallas intercruzadas, el 15,5% de los animales fueron afectados (53 de los 342 animales examinados), lo que sugiere que el pedigrí lleva una mutación que causa un fenotipo circadiano recesivo que es un 60% penetrante. No encontramos sesgo de género en los animales afectados (proporción de los animales afectados: macho = 47,2%; hembra = 52,8%). Al mismo tiempo, se identificó un fenotipo de esterilidad masculina dentro del mismo pedigrí. 23 El análisis de la vinculación SNP a escala del genoma mapeó los fenotipos circadiano y esterilidad a la misma región en el cromosoma 5 y la secuenciación posterior identificó la mutación causal como una mutación de punto único T a G dentro del exón siete del gen Katnal1. Para más detalles sobre el mapeo e identificación de la mutación ver referencia 23. Este alelo mutante fue designado Katnal1 1H, y resulta en una sustitución de leucina a valina en el residuo 286 de la proteína. El análisis funcional in vitro demostró que la mutación es un alelo recesivo de pérdida de función. 23 Modelización 3D de la proteína sugiere que esta pérdida de función se debe a cambios hidrofóbicos en el dominio AAA de la enzima (Figura Suplementaria S1 ). Genotipado confirmó que la mutación fue homocigota en animales circadianos afectados y tipo salvaje o heterocigota en animales no afectados, confirmando que Katnal1 1H fue causa del fenotipo circadiano. Anomalías circadianas y del sueño en ratones Katnal1 1H/1H El fenotipo circadiano más extenso realizado en ratones Katnal1 homocigotos (Katnal1 1H/1H ) y en camadas de tipo salvaje (Katnal1 +/+ ) confirmó que los ratones Katnal1 1H/1H tuvieron un período circadiano de funcionamiento libre más corto (Figuras 1a-c) y además reveló que los animales Katnal1 1H/1H eran más activos en la fase de luz del ciclo luz/oscuro (Figura 1d ), mostraron una mayor anticipación de las transiciones de luz a oscuras y un mayor cambio en el inicio de actividad cuando fueron liberados de los ciclos luz/oscuro a la oscuridad constante (Figura 1e ). Los datos y detalles de la cohorte se dan en la Tabla Complementaria S Las grabaciones de bioluminiscencia realizadas con ratones reporteros de LUCIFERASE que llevaban la mutación Katnal1 1H revelaron que estos cambios circadianos no se debían a cambios en el reloj molecular central del núcleo suprachiasmático (el sitio del reloj circadiano maestro en el cerebro; Figura suplementaria S2 ). Las alteraciones circadianas a menudo se asocian con déficits en la homeostasis del sueño. Por lo tanto, para complementar nuestros estudios circadianos realizamos grabaciones electroencefalográficas inalámbricas durante un período basal de 24 h y después de un período de privación del sueño de 6 h. En la Tabla suplementaria S1 se da un resumen detallado del análisis electroencefalográfico. En comparación con los camarones salvajes, el poder delta no REM de los ratones Katnal1 1H/1H fue mayor en la fase oscura del sueño basal (ANOVA mixto, factores de interacción 'genotipo X time, F(1,88) = 8,91, P = 0,0175) (Figura 1f ) y en las fases claras y oscuras del sueño de recuperación (ANOVA mixto, factores de interacción 'genotipo X time', F(1,136) = 11,93, P = 0,0086; Figura 1g ). Todos los demás parámetros del sueño no se vieron afectados en los animales Katnal1 1H/1H. Los ratones Katnal1 1H/1H muestran un espectro de déficits de comportamiento Los pacientes humanos que llevan una deleción heterocigosa que incorpora el locus Katnal1 muestran una serie de déficits cognitivos, incluyendo ID y un retraso en la adquisición Por lo tanto, investigamos si estos déficits fueron modelados en ratones Katnal1 1H/1H sometiendo cohortes animales a una batería de pruebas de comportamiento. Los datos y detalles de cohortes se dan en la Tabla Complementaria S2. Tanto la memoria de trabajo como la memoria espacial fueron significativamente más pobres en ratones Katnal1 1H/1H, como lo evidencian las alternaciones espontáneas reducidas en un T-maze (Figura 2a ) y en el laberinto de agua Morris donde los mutantes tardan más tiempo en encontrar la plataforma en los ensayos de adquisición (Figura 2b En comparación con los animales de tipo salvaje, los animales Katnal1 1H/1H tienen un período más corto (c), son más activos en la fase de luz del ciclo de luz/oscuridad (d) y muestran un inicio más temprano de actividad en transiciones luz/oscuridad y En las grabaciones de EEG durante el sueño, los ratones Katnal1 1H/1H muestran un aumento de la potencia delta no REM en la fase oscura del ciclo de luz/oscuridad (f) y después de la privación del sueño (g). *P  0,05; **P  0,01; ***P  0,001. EEG, electroencefalografía; DD, oscuridad constante; LD, ciclo de luz/oscuridad. tipo = 164 ± 12 m, Katnal1 1H/1H = 243 ± 20 m, P = 0,02; distancia recorrida en la periferia del campo abierto: tipo salvaje = 4,3 ± 0,2 m, Katnal1 1H/1H = 6 ± 0,3 m, P = 0,004). Por el contrario, cuando se registró la actividad del ratón en la jaula doméstica, no se encontró diferencia entre los genotipos (distancia recorrida a lo largo de 24 h: tipo salvaje = 399 ± 77 m, Katnal1 1H/1H = 418 ± 41 m, P = 0,833) sugiriendo que las diferencias de actividad anteriores se debían al ambiente novedoso del campo abierto en lugar de la hiperactividad generalizada en animales Katnal1 1H/1H. Finalmente, en ciertas condiciones (como la separación materna) los ratones emiten vocalizaciones ultrasónicas (USVs). Para comprobar si los animales Katnal1 1H/1H vocalizaban de manera diferente a los tipos salvajes, separamos a los cachorros en los días postnatales 7-8 (la edad a la que los ratones muestran pico de emisión de USV 24 ) y registramos sus USVs. En estas pruebas, en comparación con los tipos salvajes, las crías de Katnal1 1H/1H produjeron menos (Figura 2g ) y más cortas (Figura 2h ) vocalizaciones, conteniendo menos frases (Figura 2i ). Anomalías morfológicas cerebrales brutas en ratones Katnal1 1H/1H Dado que observamos una serie de fenotipos de comportamiento en ratones Katnal1 1H/1H, realizamos análisis histológicos para determinar si las diferencias en la histología cerebral subyacen a estos comportamientos. Los datos y los detalles de la cohorte se dan en la Tabla Suplementaria S3. El análisis de las secciones cerebrales manchadas de hematoxilina y eosina reveló que, en comparación con los camadas de tipo salvaje, los animales de Katnal1 1H/1H tenían capas piramidales menos apretadas en el hipocampo (Fi Para confirmar estas diferencias en las capas corticales, se realizó inmunofluorescencia utilizando la (Figuras 3l y m). La cuantificación de la intensidad de fluorescencia demostró que en la corteza de Katnal1 1H/1H tanto la calbindina como el etiquetado CUX1 fueron más intensos más cerca de la superficie cortical, lo que es consistente con la reducción del tamaño de la capa 1 (análisis bidireccional de la varianza (ANOVA), factores de interacción 'geotipo X distancia de fluorescencia desde la superficie cortical', calbindina: F(75.988) = 16,8, P o 0,0005; CUX1: F(93.372 = 2,17, P = 0,001; Figuras 3h y k). Una cuantificación similar reveló que el etiquetado FOXP2 se extendió más a partir de la capa 6b (marcada por el CTGF) en la corteza de Katnal1 1H/1H, lo que es consistente con un aumento en el tamaño de la capa 6 (ANOVA de dos vías, factores de interacción 'genotipo X distancia de fluorescencia desde el etiquetado del CTGF:' F(93,372) = 1,32, P = 0,038; Figura 3n ). Finalmente, los modelos tridimensionales del sistema ventricular fueron construidos a partir de tomografías microcomputadas cerebrales (Figuras 3o y p). El análisis volumétrico reveló que los ratones Katnal1 1H/1H tenían ventrículos sustancialmente más grandes que los tipos salvajes (Figura 3q ). 18 Por lo tanto, se investigó si los ratones Katnal1 1H/1H mostraron migración neuronal anormal utilizando el etiquetado BrdU de embriones E13 y E15 y células etiquetadas cuantificadas en la corteza de crías P9 (descritas en la referencia 18). A ambas edades los animales Katnal1 1H/1H tenían un mayor número de neuronas etiquetadas en contenedores cercanos a la superficie cortical neuronas situadas más cerca de la superficie cortical que en el tipo salvaje. Para confirmar estos resultados se utilizó una cámara Boyden 19 y se realizó un análisis de migración neuronal in vitro en cultivos neuronales corticales primarios E13.5. Aquí se encontró que una mayor proporción de neuronas corticales Katnal1 1H/1H migró a la base del inserto de cultivo celular en comparación con controles de tipo salvaje (figura complementaria S3). Dado que tanto en el etiquetado BrdU como en las neuronas de ensayo de Boyden de los animales de Katnal1 1H/1H migró más allá de los de los camarones de tipo salvaje, estos resultados sugieren que las neuronas corticales de Katnal1 1H/1H muestran defectos en la terminación de la migración neuronal cortical. Dada su función en la organización citoesquelética, también se planteó la hipótesis de que la morfología neuronal es modulada por Katnal1. El análisis de las neuronas manchadas con golgi de las capas 2-3 de la corteza (Figuras 4g e i) demostró que, en comparación con los camarones de tipo salvaje, las neuronas de Katnal1 1H/1H tenían el soma más grande (Figura 4k) y los axones más cortos y delgados (Figuras 4l y m) (los datos y Además, el análisis a mayor aumento (Figuras 4h y j), demostró que el número de espinas sinápticas en las neuronas de Katnal1 1H/1H se redujo significativamente en comparación con el tipo salvaje (Figura 4n ). Estudios recientes han demostrado que las mutaciones en algunas enzimas cortantes de microtúbulos pueden causar defectos en los cilios. 5 Dado que tales defectos ciliares podrían subyacer a los fenotipos descritos anteriormente, estudiamos los cilios motiles del revestimiento ependimal del ventrículo lateral en secciones de cerebros de ratón postnatales del día 2 de Katnal1 1H/1H (n = 4) y animales de tipo salvaje (n = 3). Se encontró que la frecuencia de latido ciliar (CBF) de los animales de Katnal1 1H/1H fue significativamente atenuada en comparación con el tipo salvaje (CBF: salvaje = 22,39 ± 0,94 Hz, Katnal1 1H/1H = 14,25 ± 0,92 Hz, P = 0,0001; Figura 5a, Películas suplementarias S1). Esta reducción en la FBC en animales de Katnal1 1H/1H también se asoció con un aumento de la proporción de cilia con un patrón de latido anormal (discinesia ciliar) (proporción de cilia discinética: salvaje = 17%, Katnal1 1H/1H = 75%) (Figura 5b y Películas suplementarias S1). La inspección visual de los cilios identificó una serie de anomalías ciliares tales como una punta ciliar hinchada (Supplementary Movie S3) o cilios extremadamente largos (Supplementary Movie S4) diseminados por todo el campo de los cilios en los ventrículos de Katnal1 1H/1H. Estas anomalías se observaron en aproximadamente el 25% de las rebanadas cerebrales de Katnal1 1H/1H. Los cilios anormales siempre mostraron un patrón de latido discinético y una frecuencia de latido inferior. Para investigar más a fondo la morfología ciliar realizamos microscopía electrónica de escaneo sobre el revestimiento ependimal de los ventrículos laterales de ambos Katnal1 1H/1H (n = 3) y animales de tipo salvaje (n = 3; Figuras 5c y d). Las mediciones de Cilia no mostraron diferencias significativas en la longitud media de los cilias entre los genotipos (longitud media de los cilias: tipo salvaje = 6,22 ± 0,86 μm, Katnal1 1H/1H = 6,54 ± 0,94 Hz, P = 0,303). Sin embargo, en las muestras de Katnal1 1H/1H se observó la presencia de cilias largas y cortas (Figuras 5e y f; definidas como dos desviaciones estándar más largas o más cortas que la longitud media de los cilias) que no estaban presentes en las muestras de tipo salvaje. Además, la inspección de los cilias de Katnal1 1H/1H identificó anomalías ciliares incluyendo cilias bifurcadas (Figura 5g), torceduras anormales en los cilias (Figura 5h ) e inflamaciones a lo La microscopía electrónica de transmisión de cilios ependimales encontró que la alteración vesicular aggre- Katnal1 afecta a las funciones del SNC Los bancos y las puertas estaban presentes dentro de las inflamaciones ciliares descritas anteriormente (Figura 5j ). Aunque estas anormalidades estaban presentes en una pequeña proporción (o1%) de los cilios de Katnal1 1H/1H, estaban notablemente ausentes de los cilios de tipo salvaje. Las enzimas cortantes de microtúbulos desempeñan diversos papeles en el sistema nervioso. 1, 2 Sin embargo, en la actualidad la enzima cortante de microtúbulos Katnal1 está mal definida en el contexto del desarrollo y la función del SNC. Aquí presentamos un análisis fenotípico detallado de Katnal1 1H y mostramos que la mutación está asociada con cambios en los ritmos circadianos, el sueño y el comportamiento. Además, se demuestra que los defectos en la histopatología cerebral, la migración neuronal y la morfología neuronal subyacen a estos fenotipos. Finalmente, también se demuestra que Katnal1 1H causa una gama de defectos en los cilios móviles de las células ependimales ventriculares. Los datos que presentamos aquí son los primeros en asociar KATNAL1 con tales disfunciones con importantes implicaciones para los estudios de asociación clínica. La mutación Katnal1 1H fue identificada inicialmente con un déficit circadiano incluyendo un corto período de libre ejecución y un inicio avanzado de actividad. Sin embargo, experimentos ex vivo posteriores usando rebanadas de SCN de animales que transportaban el PER2:El gen del reportero de LUC no demostró defectos en los ritmos celulares del SCN, sugiriendo que el reloj circadiano central no fue afectado por la mutación. 25 Aquí se ha sugerido que los cambios en el funcionamiento de las ruedas observados son el resultado de defectos en las vías de salida del reloj circadiano SCN. Del mismo modo, en los ratones 1H/1H de Katnal1 se hipótesis que los defectos que demostramos en la anatomía neuronal y la morfología neuronal pueden alterar las señales de salida del NCG. Alternativamente, dado que varios neuropéptidos como la oxitocina se secretan de manera circadiana de células ependimales que recubren el tercer ventrículo del cerebro, 26 morfología ventricular alterada y función ciliar en ratones 1H/1H de Katnal1 pueden alterar la circulación de factores secretados por las células ependimales ventriculares ciliadas y contribuir a la alteración de los ritmos de comportamiento observados. En la actualidad los fenotipos descritos se limitan a la disfunción motora en ratones que carecen del gen Spg4 27 y agitan y rodean la cabeza en el mutante Fign. 7, 28, 29 En contraste, aquí demostramos que la pérdida de la función de Katnal1 está asociada con una serie de fenotipos conductuales, incluyendo cambios en la actividad circadiana, mal aprendizaje y memoria, hiperactividad en un entorno novedoso (campo abierto) y déficits en los USVs. En particular, los fenotipos de aprendizaje y memoria, ansiedad y vocalización repiten los síntomas clínicos de ID, aumento de la ansiedad en situaciones novedosas y retrasos en la adquisición del lenguaje reportados en pacientes humanos que portan microdeleciones que incorporan haploinsuficiencia de KATNAL1. 8, 9 Aunque también vale la pena señalar que los ratones mutantes pasan más tiempo en el centro del campo abierto que los tipos salvajes (implicando que los animales Katnal1 1H/1H muestran menor ansiedad), sugerimos que este resultado está confundido por la hiperactividad en entornos novedosos fenotipo que también describimos en ratones mutantes. Esta observación está respaldada por el hecho de que los animales mutantes mostraron mayor actividad en todas las regiones del campo abierto en lugar de sólo la periferia ansiolítica. Aquí también destacamos defectos en ratones Katnal1 1H/1H tales como migración neuronal comprometida y morfología que pueden sustentar tales fenotipos. En Drosophila, se ha demostrado que el homólogo de Katnal1 (kat-60L1) juega un papel crítico en la morfología neuronal durante el desarrollo, 30 sin embargo los datos que presentamos aquí son los primeros en demostrar un fenotipo similar en mamíferos y además sugieren cómo las perturbaciones sutiles a la función KATNAL1 pueden contribuir a condiciones neuronales y conductuales específicas.Por ejemplo, defectos en la migración neuronal, espinas sinápticas y morfología neuronal como los que hemos demostrado aquí, se han sugerido para sustentar la ID en condiciones como la lissencefalia, el síndrome de Down 18 31 y el síndrome de Rett.32 Aunque no estamos sugiriendo que Katnal1 sea causa de estas condiciones, se deben apreciar similitudes en síntomas y fenotipos neuronales entre estas condiciones y los relacionados con la disfunción Katnal1. Además, se ha asociado una mutación rara en KATNAL1 con esquizofrenia 10 (http://atgu.mgh.harvard.edu/~spurcell/gene book/genebook.cgi?user = guest&cmd = verb-gene&tbox = KATNAL1) y se ha demostrado que KATNAL1 interactúa con el gen de esquizofrenia asociado DISC1. 33 En línea con estas observaciones, observamos que se han reportado aumentos en el volumen ventricular y reducciones en las espinas sinápticas en pacientes esquizofrénicos 34, 35 y nuestros datos demuestran los mismos fenotipos en ratones Katnal1 1H/1H. Así, el rango de fenotipos asociados con defectos en la función de Katnal1 sugiere fuertemente que el gen debe ser considerado en la patología de trastornos como el ID y la esquizofrenia. Si bien los pacientes humanos fueron todos heterocigotos para la eliminación de Katnal1, no encontramos fenotipo en ratones mutantes heterocigotos (datos no mostrados) sugiriendo que si bien la haploinsuficiencia es causativa para los fenotipos en humanos, los ratones requieren pérdida completa de la función KATNAL1 para mostrar efectos similares. Una discrepancia similar entre humanos y ratones también se ha observado para el gen candidato a discapacidad intelectual CTNNB1. 17 Si bien la pérdida heterocigota de mutaciones funcionales en CTNNB1 son causa de discapacidad intelectual en humanos, los golpes condicionales para CTNNB1 no tienen fenotipos conductuales o craneofaciales reportados. 36, 37 Estas diferencias demuestran que, si bien los modelos de discapacidad intelectual del ratón son de gran utilidad en nuestra comprensión de los mecanismos causales que subyacen a la condición, todavía existen diferencias genéticas y neurodesarrollistas entre especies que también deben tenerse en cuenta. También observamos que si bien la mutación Katnal1 1H muestra una pérdida de la función catalítica tanto en las células HEK293 como en las células Sertoli, 23 esta pérdida de función no se ha verificado en las células neuronales. Sin embargo, dado que nuestros datos demuestran que la mutación Katnal1 1H se encuentra en un dominio catalítico esencial y que mostramos fenotipos neuronales en ratones Katnal1 1H/1H, esperamos ver la misma pérdida de la función catalítica en neuronas. Los datos que presentamos aquí también demuestran defectos en cilia motil en ratones Katnal1 1H/1H. Las alteraciones ciliarias en humanos (ciliopatías) incluyen el síndrome de Bardet-Biedl y Joubert. 38 Aunque actualmente hay datos limitados sobre los fenotipos conductuales de los modelos de ciliopatías en ratones, observamos que la disfunción ciliar en ratones se ha relacionado con el aprendizaje y la memoria 39 y los fenotipos de vocalización, 40 de los cuales fueron alterados en los ratones Katnal1 1H/1H descritos aquí. También es notable que la migración neuronal y los fenotipos del ventrículo agrandado que describimos en ratones Katnal1 1H/1H recapitulan características asociadas con mutaciones génicas conocidas de la ciliopatía. [42] [43] [44] [44] Además, en los modelos de ratón del síndrome de Bardet-Byedl se han descrito defectos ciliares como la reducción de la CBF 45 y defectos estructurales como alargamiento anormal e hinchazón a lo largo de su longitud 41, que son similares a los que se describen en los ratones Katnal1 1H/1H. Existen fuertes evidencias de que los genes asociados a la ciliopatía desempeñan una serie de funciones en el desarrollo neuronal al afectar procesos como la proliferación progenitora o el mantenimiento del andamio de la glia radial. 43 Sin embargo, también está claro que los defectos en la organización de microtúbulos también afectan a la estructura sináptica. 2 En la actualidad es difícil desenredar las contribuciones relativas de los defectos en el corte de microtúbulos y las anomalías ciliares a los fenotipos generales que observamos en los ratones Katnal1 1H/1 Sin embargo, es notable que si bien los defectos en la estructura cilia puede contribuir a los fenotipos que describimos en los ratones Katnal1 1H/1H, son mucho menos prominentes en los ratones Katnal1 1H/1H que en otros modelos de ciliopatía de ratón, 41 sugiriendo que el componente ciliar de la disfunción KATNAL1 puede ser leve en comparación con otras ciliapatías. Del mismo modo, se ha sugerido que la hidrocefalia es un componente de algunos modelos de ratón de ciliopatía, 46 ratones Katnal1 1H/1H mostraron sólo un aumento del tamaño de los ventrículos en lugar de una mayor incidencia de hidrocefalia, sugiriendo además que los defectos ciliares en estos animales son leves en comparación con otras ciliapatías. El efecto posterior de estos defectos conduce a su vez a una serie de cambios de comportamiento, incluyendo en el aprendizaje y la memoria, reacción a situaciones ansiogénicas y ritmos circadianos. Estos datos destacan cómo las perturbaciones en KATNAL1 pueden jugar un papel en la disfunción neuronal y demuestran que la enzima es un candidato novedoso en el estudio de trastornos de comportamiento y neurodesarrollo.Los autores declaran no conflicto de intereses.
question: ¿Qué órgano está más asociado con el gen KATNAL1?
answers.text: sistema nervioso central