GIGYF1编码参与胰岛素样生长因子（IGF）受体信号传导途径的蛋白质。最近研究表明ASD个体大量出现GIGYF1基因突变。此外，最近在发育迟缓（DD）的个体中也发现了GIGYF1的突变。尽管有这些发现，但其在ASD中的遗传与该基因的表型关联仍未研究。更重要的是，GIGYF1如何参与支持神经发育和自闭症行为的机制尚不清楚。
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动物神经科学与行为学
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在此背景下，2022年8月2日，中南大学郭辉课题组在Journal of Clinical Investigation上发表了题为GIGYF1 disruption associates with autism and impaired IGF-1R signaling的研究论文，揭示了GIGYF1通过调控IGF-1R/ERK信号通路引发ASD样行为。
首先，课题组结合人类遗传学、条件敲除模型和分子研究，发现在认知障碍发生率较低的ASD个体中，大多表现出新发（de novo）LGD（可能的破坏性基因突变）突变和遗传性GIGYF1 LGD突变的失衡，并在未诊断为ASD的携带者中发现了ASD内表型，即具有一定的ASD样行为趋势。
为了探究GIGYF1对自闭症行为中的影响，课题组构建了GIGYF1 cHET（杂合）和cKO小鼠，且cKO小鼠的体重在出生后30天(P30)显著下降。三箱社交结果显示：cKO小鼠在物体和陌生鼠附近探索时间没有差异，即表现出社交缺陷，cHET和cKO小鼠在陌生鼠和熟悉鼠附近的探索时间没有差异，表现出社交新颖性丧失。大理石掩埋和抓挠实验中cHET和cKO小鼠掩埋石子的个数及站立次数增加，但其自我梳理次数没有差异，即在大脑发育过程中，GIGYF1的单倍体不足和敲除对小鼠重复行为的影响轻微。高架十字迷宫、旷场测试和明暗室穿梭实验结果显示：cKO小鼠在开放臂和旷场中央停留时间及对暗盒的偏好增加，此即焦虑样表型。而水迷宫结果显示：cKO小鼠逃离时间延长，在目标平台的穿越次数、停留时间、移动距离减少，且其在新物体识别测试（NOR）中对新旧物体的辨识度显著降低，即表现出空间学习和记忆障碍。
研究表明，新皮质神经发生的中断在很大程度上影响ASD。课题组通过WB发现GIGYF1在产前小鼠皮质中高表达，且P2时的GIGYF1 cKO小鼠的皮质面积和皮质长度减少；而免疫组化显示cHET和cKO中Satb2和Brn2信号减弱，即GIGYF1的缺失导致了上皮层神经元的减少。
大脑皮层的异常通常被认为是由于NPCs（神经祖细胞）的增殖、分化或迁移。课题组由此在E14.5时检测了cHET和cKO皮质中Pax6+径向胶质细胞(RGCs)和Tbr2+中间祖细胞(IPCs)的数量，并发现Pax6+RGCs和Tbr2+IPCs减少， 而cKO皮质中Pax6+Edu+/Pax6+细胞增加，表明GIGYF1缺失可能导致NPCs停留在S期，减少其增殖。
为了进一步研究GIGYF1调控NPCs活动的分子机制，课题组以免疫共沉淀实验发现IGF-1R与GIGYF1相互作用，而双免疫荧光实验显示GIGYF1与IGF-1R和GRB10共定位。IGF-1R是一种血浆跨膜受体，被IGF-1激活，IGF-1进而激活下游的ERK和AKT-mTOR通路。课题组由此在0、2、5、7、10和30 min时用IGF-1刺激细胞，发现GIGYF1 KO和HET细胞在刺激10和30 min时pIGF-1R/IGF-1R显著降低。而在IGF-1刺激7和10 min时，pERK/ERK降低，而在KO细胞中表达GIGYF1的WT质粒可以缓解该现象。这些数据表明：GIGYF1基因通过调控IGF-1R/ERK信号通路发挥细胞效应。
那么GIGYF1又是如何调控IGF-1R的激活来启动该通路的呢？课题组使用针对特异性核内体标记物的抗体进行了双免疫荧光实验。发现ha标记的GIGYF1与再循环的内吞体标记物Rab4、囊泡标记物、网格蛋白和早期内吞体标记物EEA1和Rab5A共定位。这些结果表明GIGYF1可能参与了网格蛋白介导的内吞作用和rab4介导的IGF-1R的再循环。表面生物素化实验表明敲除GIGYF1显著增加了细胞质中IGF-1R的表达，暗示GIGYF1调控IGF-1R向质膜定位，而GIGYF1的缺失导致质膜中IGF-1R的表达降低。
最后，课题组同样发现GIGYF1缺陷小鼠在早期大脑发育过程中IGF-1R/ERK信号通路的紊乱，并通过神经球形成实验（neurosphere formation assays）证明IGF-1可以改善GIGYF1缺陷小鼠的增殖损伤。
总之，本文发现破坏GIGYF1这个新的IGF-1R快速调节因子将导致IGF-1R/ERK信号通路失调，并进一步干扰大脑发育早期NPCs的正常细胞周期，最终引起小鼠的神经发育障碍和自闭症行为。
https://doi.org/10.1172/JCI159806
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