Ptpn20 deletion in H-Tx rats enhances phosphorylation of the NKCC1 cotransporter in the choroid plexus: an evidence of genetic risk for hydrocephalus in an experimental study.

Hanbing Xu , Masakazu Miyajima, Madoka Nakajima, Ikuko Ogino, Kaito Kawamura, Chihiro Akiba, Chihiro Kamohara, Koichiro Sakamoto, Kostadin Karagiozov, Eri Nakamura, Nobuhiro Tada, Hajime Arai and Akihide Kondo.Fluids and Barriers of the CNS, June 03, 2022

https://doi.org/10.1186/s12987-022-00341-z 

Abstract	Congenital hydrocephalus exhibits some inheritable characteristics, but its developmental mechanisms remain poorly understood. This study aimed to identify genetic causes of hydrocephalus using the H-Tx rat model. Comparative genomic hybridization (CGH) analysis revealed a copy number loss of the Ptpn20 gene on chromosome 16 in hydrocephalic H-Tx rats. To investigate the gene's role, Ptpn20 knockout mice were generated. These mice developed ventriculomegaly from 8 weeks of age, and increased phosphorylation of the Na-K-Cl cotransporter 1 (NKCC1) was observed in the choroid plexus epithelium. The findings suggest that Ptpn20-/- leads to elevated pNKCC1 in the choroid plexus, potentially causing cerebrospinal fluid overproduction and contributing to hydrocephalus. Thus, Ptpn20 may serve as a potential therapeutic target for hydrocephalus.
한글 초록 요약	선천성 수두증은 유전적 특성이 일부 관여하지만, 그 발병 기전은 아직 명확히 밝혀지지 않음. 본 연구에서는 H-Tx 쥐 모델을 이용하여 수두증의 유전적 원인을 확인하고자 함. 저자들은 비교 유전체 하이브리디제이션 (CGH) 분석을 통해 수두증 H-Tx 쥐에서 16번 염색체의 Ptpn20 유전자 결실을 확인하였고, 이 유전자의 기능을 연구하기 위해 Ptpn20-/- 마우스를 제작함. 그 결과, Ptpn20-/- 마우스에서 8주부터 뇌실확대가 관찰되었으며, 맥락총 상피에서 Na-K-Cl 공동수송체 1(NKCC1)의 인산화가 증가함을 확인함. 결론적으로, Ptpn20-/- 은 맥락총 상피에서 pNKCC1의 발현을 증가시켜 뇌척수액 과생산 및 수두증 발생에 기여할 수 있음을 시사하였고, Ptpn20은 수두증 치료의 잠재적 표적이 될 수 있음을 확인함.
한글 논문 요약 (Introduction, Methods, Result)	Introduction : 수두증은 뇌실과 지주막하강에 뇌척수액이 과도하게 축적되는 질환으로 보고됨. 그 중, 선천성 수두증은 소아에서 수술적 치료가 가장 많이 필요한 신경계 질환 중 하나이지만, 그 발병 기전은 아직 충분히 규명되지 않았음. 현재까지 인간에서 수두증과 관련된 유전자는 극히 일부 (L1CAM, MPDZ, CCDC88C 등)만이 알려져 있으며, 전체 선천성 수두증의 5% 미만이 이에 해당함. 수두증 동물 모델인 H-Tx 마우스는 선천성 수두증의 유전적 원인과 병태생리 연구에 널리 활용 되고 있기에, 본 연구에서는 H-Tx 쥐를 이용해 수두증의 유전적 원인을 밝히고, 이를 바탕으로 새로운 치료 표적을 확인하고자 연구를 진행함. Methods : 연구팀은 수두증이 있는 H-Tx 마우스와 정상 H-Tx 마우스의 뇌에서 DNA를 추출하여 비교 유전체 하이브리디제이션(CGH) 마이크로어레이를 실시해 유전자 복제 수 변이를 분석함. 이후, 확인된 후보 유전자인 Ptpn20의 결실이 수두증과 연관되어 있음을 확인한 후, CRISPR/Cas9 유전자 편집 기술을 이용해 Ptpn20-/- 마우스를 제작함. 다음으로, Ptpn20-/- 마우스와 대조군 마우스의 뇌실 크기, 맥락총 상피에서 pNKCC1(인산화된 Na-K-Cl 공동수송체 1) 발현 등을 비교 분석함. 또한, 각종 분자생물학적 실험 (실시간 PCR, 단백질 정량, 면역형광 등)과 조직학적 분석이 수행됨. Results : CGH 분석 결과, 수두증이 있는 H-Tx 마우스에서 16번 염색체의 Ptpn20 유전자 결실이 확인됨. Ptpn20-/- 마우스는 8주령부터 뇌실확장이 발생하였으며, 이 현상은 72주까지 지속됨. 또한, Ptpn20-/- 마우스의 맥락총 상피에서는 pNKCC1의 발현이 유의하게 증가하는 것을 확인함. NKCC1은 뇌척수액 생성에 관여하는 수송체로, NKCC1의 인산화가 증가하면 뇌척수액의 과생산이 유발될 수 있음. 이러한 결과는 Ptpn20 결실이 맥락총에서 pNKCC1을 매개로 뇌척수액 과생산 및 수두증 발생에 기여함을 시사함. 따라서 Ptpn20 유전자는 수두증의 병태생리 이해와 치료 표적 발굴에 중요한 역할을 할 수 있음을 확인함.