原发性小头畸形（primary microcephaly）是一种相对罕见的疾病，其特征是患者头围的显著减小，主要致病原因是神经干细胞基因表达异常，从而影响了正常的神经发生过程，导致神经元数量的减少^{[1, 2]}。目前已知有32个基因与原发性遗传性小头畸形 （microcephaly primary hereditary, MCPH）相关，包括MCPH1、ASPM、WDR62等^[3-5]，大多数MCPH基因参与调节细胞周期、中心体组装、DNA修复和细胞凋亡等生物学过程^[6]。

近日，同济大学边杉/郭贞明/湖南省儿童医院王华/湖南省妇幼毛翛课题组在临床上发现了一个携带CETN3缺失型突变的小头畸形病人，该患者的头围比正常水平小2-3个标准差。但是到目前为止，尚未清楚CETN3在人类大脑皮层发育中的调控功能。于是，研究人员们合作对该基因对大脑皮层发育的调控功能进行了研究，并在EMBO molecular medicine上发表了题为CETN3 Deficiency Induces Microcephaly by Disrupting Neural Stem/Progenitor Cell Fate through Impaired Centrosome Assembly and RNA Splicing的研究文章。

图1 CETN3缺失的人脑类器官表现出体积的减小

Centrin蛋白属于钙结合蛋白EF-hand超家族，含有四个钙结合结构域，在细胞中主要存在于与微管组织中心相关的结构中，例如中心体、纤毛或鞭毛、纺锤体等，大部分centrin蛋白在细胞质和细胞核中也有分布^[7]。Centrin蛋白在进化上高度保守，但不同的生物含有的该蛋白编码基因数量不同，小鼠中有四个（Cetn1-4），而人类含有三个（CETN1-3）^{[8, 9]}。这些蛋白的表达模式在不同的组织和细胞中有所差异，暗示不同的centrin蛋白可能参与了不同的生物学过程^[10-12]。

文章中，作者以探究CETN3在大脑皮层发育中的作用为重点，鉴定CETN3缺失突变导致小头畸形的致病可能性，并阐明其致病分子机制。首先，他们检测了CETN3在大脑皮层中的表达，发现其广泛表达于各种类型的细胞中。接着，他们利用CRISPR-Cas9和Cre-LoxP基因编辑技术构建了CETN3敲除的人胚胎干细胞（hESC）系和CETN3突变的诱导多能干细胞（iPSC）系，并以这些细胞系为基础，通过2D培养获得了神经干/祖细胞（NS/PC），通过3D培养获得大脑类器官。该类器官模型重现了病人中大脑体积减小的表型，证实了CETN3的致病性（图1）

图2 CETN3缺失影响了NS/PC的细胞周期和中心体复制

接着，利用RNA-seq、免疫荧光染色、流式细胞术等方法，作者团队进一步对CETN3蛋白调控神经发育的分子机制进行了研究，并发现CETN3通过调节NS/PC增殖、分化、凋亡和RNA剪接来影响神经发生，具体如下：（1）CETN3缺失引起了NS/PC有丝分裂纺锤体方向的改变，使其更倾向分化而不是增殖；（2）CETN3缺失导致NS/PC细胞周期受损，从而影响细胞增殖；（3）CETN3缺失引发中心体过度复制，导致NS/PC凋亡（图2）；（4）CETN3还可以通过参与RNA剪接来间接影响与中心粒、纤毛和细胞周期相关的基因的表达（图3）。值得关注的是，这是首次发现CETN3在调节RNA剪接方面的功能，作者团队还鉴定出了CETN3的这一功能可能与USP49的去泛素化功能和核小体H2B的泛素化水平有关。

图3 CETN3缺失影响了NS/PC的RNA剪接

最后，作者还构建了Cetn3前脑特异性敲除的小鼠，以探究其在其他哺乳类神经发育中是否有相似的功能。结果发现小鼠中表型比较微弱，暗示CETN3在不同物种中的功能可能存在差异。

综上所述，该文章以大脑类器官为主要模型，首次揭示了CETN3在哺乳动物神经发育中的作用及其背后的分子机制。本研究证明了CETN3通过调节纺锤体定向、细胞周期、中心体复制等生物学过程参与了NPCs增殖和分化之间的平衡调控；本研究还首次发现CETN3通过与USP49相互作用参与了NPCs中的RNA剪接过程，从而间接影响了细胞周期和神经发育（图4）。这些结果提示了CETN3在人类大脑新皮层发育中的重要性，扩展了我们对原发性小头畸形致病基因的认识，为后续的临床检测和疾病治疗提供了新见解。

图4 CETN3缺失通过多种途径影响神经发育

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