Multiscale modeling uncovers 7q11.23 copy number variation–dependent changes in ribosomal biogenesis and neuronal maturation and excitability

生物发生 变化(天文学) 拷贝数变化 生物 核糖体生物发生 核糖体RNA 神经科学 进化生物学 计算生物学 细胞生物学 遗传学 物理 天体物理学 基因组 基因 核糖体 核糖核酸
作者
Marija Mihailovich,Pierre‐Luc Germain,Reinald Shyti,Davide Pozzi,Roberta Noberini,Yansheng Liu,Davide Aprile,Erika Tenderini,Flavia Troglio,Sebastiano Trattaro,Sonia Fabris,Ummi Ciptasari,Marco Rigoli,Nicolò Caporale,Giuseppe D’Agostino,Filippo Mirabella,Alessandro Vitriolo,Daniele Capocefalo,Adrianos Skaros,Agnese Virginia Franchini,Sara Ricciardi,Ida Biunno,Antonino Neri,Nael Nadif Kasri,Tiziana Bonaldi,Ruedi Aebersold,Michela Matteoli,Giuseppe Testa
出处
期刊:Journal of Clinical Investigation [American Society for Clinical Investigation]
卷期号:134 (14)
标识
DOI:10.1172/jci168982
摘要

Copy number variation (CNV) at 7q11.23 causes Williams-Beuren syndrome (WBS) and 7q microduplication syndrome (7Dup), neurodevelopmental disorders (NDDs) featuring intellectual disability accompanied by symmetrically opposite neurocognitive features. Although significant progress has been made in understanding the molecular mechanisms underlying 7q11.23-related pathophysiology, the propagation of CNV dosage across gene expression layers and their interplay remains elusive. Here we uncovered 7q11.23 dosage-dependent symmetrically opposite dynamics in neuronal differentiation and intrinsic excitability. By integrating transcriptomics, translatomics, and proteomics of patient-derived and isogenic induced neurons, we found that genes related to neuronal transmission follow 7q11.23 dosage and are transcriptionally controlled, while translational factors and ribosomal genes are posttranscriptionally buffered. Consistently, we found phosphorylated RPS6 (p-RPS6) downregulated in WBS and upregulated in 7Dup. Surprisingly, p-4EBP was changed in the opposite direction, reflecting dosage-specific changes in total 4EBP levels. This highlights different dosage-sensitive dyregulations of the mTOR pathway as well as distinct roles of p-RPS6 and p-4EBP during neurogenesis. Our work demonstrates the importance of multiscale disease modeling across molecular and functional layers, uncovers the pathophysiological relevance of ribosomal biogenesis in a paradigmatic pair of NDDs, and uncouples the roles of p-RPS6 and p-4EBP as mechanistically actionable relays in NDDs.

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