Shank3 is a postsynaptic scaffolding protein involved in the regulation of synapse assembly and function. Mutation in Shank3 protein has been implicated in psychiatric disorders, including autism spectrum disorders (ASD) and Phelan-McDermid Syndrome. In the present study, we generated and characterized a knock-in mouse line carrying the Shank3 Q321R mutation (Shank3 Q321R mice) identified in a human individual with ASD. Shank3 Q321R mutation located in the ankyrin repeat region (ARR) of the Shank3 protein (exon 8 of the Shank3 gene) cause a selective decrease in the expression level of Shank3a, an ARR-containing protein variant, but not other variants. Shank3 Q321R mice show normal excitatory synaptic transmission but decreased intrinsic neuronal excitability in the hippocampal pyramidal neurons. Behaviorally, these mice show anxiolytic-like behaviors and enhanced self-grooming, but normal locomotion, social interaction, and object recognition memory. In addition, these mice display abnormal electroencephalography (EEG) patterns and decreased susceptibility to induced seizures. These results indicate that the Q321R human mutation alters Shank3 protein stability, neuronal excitability, repetitive and anxiety-like behavior, EEG patterns, and seizure susceptibility in mice.
Shank3는 시냅스 조립과 기능 조절에 관여하는 후시냅스 스캐폴드 단백질이다. Shank3 단백질의 돌연변이는 자폐 스펙트럼 장애와 Phelan-McDermid 증후군을 포함한 정신 질환의 원인이 된다고 알려져왔다. 이 연구에서 우리는 자폐증 환자가 가지고 있었던 것으로 밝혀진 Shank3 Q321R 돌연변이를 가지고 있는 knock-in 생쥐 라인 (Shank3 Q321R 생쥐)을 만들고 특징을 확인하였다. Shank3 단백질의 ankyrin repeat 영역 (Shank3 유전자의 8번 엑손)에 위치한 Shank3 Q321R 돌연변이는 다른 단백질 이형에는 영향을 주지 않고 ankyrin repeat 영역을 포함한 단백질 이형인 Shank3a의 표현 정도를 선택적으로 감소시켰다. Shank3 Q321R 생쥐는 해마의 피라미드 신경세포에서 정상적인 흥분성 시냅스 신호 전달을 보이지만, 감소한 고유 신경세포 흥분도를 보인다. 행동학적으로 이 생쥐는 불안완화적 행동과 증가된 자기 털 손질을 보이고, 정상적인 보행 능력, 정상적인 사회적 교류와 물체 인식 기억력을 보인다. 게다가 이 생쥐는 비정상적인 뇌전도 양식을 보이고 유도된 발작에 적은 민감성으로 반응한다. 이 결과들은 환자 돌연변이 Q321R이 생쥐에서 Shank3 단백질 안정성과 신경세포 흥분도, 반복행동과 불안완화적 행동, 뇌전도 양식, 발작 민감성에 영향을 준다는 것을 나타낸다.
