Mutacja SCN2A-L1342P związana z epilepsją powoduje nadmierną aktywność sieci neuronowej i szerokie zmiany w ekspresji genów w modelach kory mózgowej człowieka
Epilepsy-associated SCN2A-L1342P mutation drives network hyperexcitability and widespread transcriptomic changes in human cortical organoids
W skrócie
Badacze badali mutację genu SCN2A, która powoduje epilepsję, używając modelu komórek mózgowych rozwijających się w laboratorium. Odkryli, że ta mutacja sprawia, iż neurony są zbyt łatwo pobudzalne, tworzą zbyt wiele połączeń między sobą i wykazują nadmierną aktywność elektryczną. Ponadto stwierdzili, że mutacja zmienia aktywność wielu innych genów odpowiedzialnych za funkcje neuronów, co pomoże w opracowaniu nowych sposobów leczenia tej formy epilepsji.
Oryginalny abstract (angielski)
OBJECTIVE: SCN2A pathogenic mutations, such as the recurrent heterozygous Nav1.2-L1342P, are monogenic causes of epilepsy. In this human-induced pluripotent stem cell-derived model system, we aim to investigate the molecular and cellular mechanisms underlying SCN2A-L1342P-associated pathology. METHODS: Using a human male induced pluripotent stem cell (iPSC) reference line (KOLF) carrying the Nav1.2-L1342P mutation, we generated three-dimensional (3D) cortical organoids for functional studies. Patch-clamp, multi-electrode array (MEA) recordings, immunocytochemistry, and RNA sequencing were used to characterize the disease phenotypes. RESULTS: Nav1.2-L1342P organoid neurons displayed increased intrinsic excitability and amplified excitatory post-synaptic currents, which are consistent with an increase in excitatory synapse formation revealed by SYN1/PSD95 immunostaining. Moreover, elevated network firing activity, as demonstrated by MEA, indicates a pronounced network hyperexcitability. Transcriptomic profiling of organoids carrying the Nav1.2-L1342P mutation further revealed significant alterations in synaptic, glutamatergic, developmental, and senescence/apoptotic pathways. SIGNIFICANCE: Our findings demonstrate that the Nav1.2-L1342P mutation drives a multifaceted disease phenotype, including network hyperexcitability and disruption of pathways related to neuronal and synaptic functions. These results advance our understanding of SCN2A-related developmental and epileptic encephalopathy (DEE), laying a foundation for personalized interventions.