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发作性运动诱发性运动障碍(Paroxysmal Kinesigenit Dyskinesia,PKD)是由PRRT2基因突变导致的一种较为常见的发作性运动障碍疾病,以静止状态下突然随意运动诱发的短暂多变的运动异常,发作时间短且多发于青少年时期为主要特征。由于该病的发病原因复杂且遗传异质性较大,其发病机制目前尚不明确,临床治疗方法也十分有限。本研究采用体细胞重编程技术,成功地建立了4株携带2种不同PRRT2突变位点(Q163X和G192W)的PKD患者特异的诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cell,iPSC)系。采用不同神经诱导体系研究了PRRT2缺陷的PKD-iPSC定向神经分化的特点,我们发现PKD-iPSC在步进式(step-wise)神经诱导体系中呈现异常的细胞表型和严重的神经分化障碍。采用高通量测序技术,并结合大数据生物信息学分析方法,我们对步进式神经诱导过程各分化阶段的细胞进行了全基因组表达谱分析。结果表明,PKD-iPSC不仅在神经谱系分化中显现出神经分化相关基因的表达异常,而且还表现出与中胚层分化命运相关的基因表达谱的改变。采用WGCNA,我们发现了7个分别与PKD-iPSC步进式神经分化不同阶段高度相关的基因共表达模块。通过各模块的基因功能分析及关键基因共表达网络的建立,我们进一步证实了PKD-iPSC在步进式神经诱导中存在异常的神经谱系分化调控网络,并且从中寻找到了2个可能与PKD-iPSC神经分化缺陷密切相关的关键因子IRX3和HAS2,为深入研究PKD发病的分子调控机制提供了重要线索。此外,本研究采用同源重组、胚胎干细胞(embryonic stem cell,ESC)的囊胚注射和胚胎移植技术,建立了全身性Prrt2基因敲除杂合子小鼠、全身性Prrt2基因敲除纯合子小鼠、脑特异性Prrt2基因敲除杂合子小鼠和脑特异性Prrt2基因敲除纯合子小鼠等4类Prrt2条件型基因敲除小鼠模型。通过自由活动、爬杆、疲劳转棒等小鼠行为学实验,我们发现Prrt2基因敲除小鼠存在运动障碍和行为异常。采用高效液相色谱串联质谱(HPLC-MS/MS)法对这些Prrt2基因敲除小鼠血清中的游离氨基酸进行检测,我们发现其中一些氨基酸类神经递质的含量明显偏离正常范围,表明Prrt2功能缺失对神经系统功能调控以及动物行为特征和运动功能的不利影响。综上所述,本研究通过建立PRRT2突变的PKD疾病特异性iPSC的体外模型和PRRT2基因敲除小鼠模型,从细胞和动物水平上全面地对PKD疾病相关表型和PKD发病机制展开研究,阐明了PRRT2突变对神经系统功能的影响及其与PKD疾病发生的关系,为深入研究PKD发病机制奠定了基础,同时为PKD临床治疗提供了新的线索和思路。