Nat Genet:CRISPR技术帮助发现治疗渐冻人症的新靶点

2018-03-13 药明康德 药明康德

肌萎缩侧索硬化病 (amytrophic lateral sclerosis,ALS) 俗称渐冻人症,是一种渐进并致命的神经退行性疾病。患者由于运动神经元的逐步死亡,导致肌肉功能退化,像刷牙、说话甚至呼吸这样简单的肌肉运动都最终无法进行。在患者大脑中出现的异常蛋白沉积是ALS的重要标志之一,但是科学家们并不清楚这些蛋白沉积如何导致神经元的死亡。日前,斯坦福大学 (Stanford Universi

肌萎缩侧索硬化病 (amytrophic lateral sclerosis,ALS) 俗称渐冻人症,是一种渐进并致命的神经退行性疾病。患者由于运动神经元的逐步死亡,导致肌肉功能退化,像刷牙、说话甚至呼吸这样简单的肌肉运动都最终无法进行。在患者大脑中出现的异常蛋白沉积是ALS的重要标志之一,但是科学家们并不清楚这些蛋白沉积如何导致神经元的死亡。日前,斯坦福大学 (Stanford University) 的研究人员利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对影响ALS症状的基因进行了筛选,研究结果不但帮助科学家们进一步了解了ALS的发病机制,而且为治疗ALS提供了新靶点。这项结果发表在《Nature Genetics》上。

在ALS患者中,很常见的一个病因是在C90RF72基因上出现的六核苷酸重复序列扩增(hexanucleotide repeat expansion),发生变异的基因会表达非常容易聚合的二肽重复(dipeptide repeat,DPR) 蛋白。DPR在细胞中的沉积被认为是导致神经细胞死亡的原因。研究人员利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,在人类细胞系K562中进行了全基因组敲除筛选 (genome-wide knockout screens)。然后研究人员将DPR蛋白加入到培养基中,检测细胞敲除特定基因后会对DPR引发的细胞毒性更为敏感还是产生抗性。通过这个方法,研究人员发现了几百个基因对DPR的细胞毒性有正面或者负面的影响。为了在与ALS更为接近的细胞环境下检验这些基因的功能,研究人员在模拟ALS的小鼠神经元细胞培养模型中,进一步检测了在人类细胞中对DPR毒性影响最大的大约200个基因。经过两轮筛选,研究人员发现了十多个基因对DPR的细胞毒性影响最大。

在这十几个基因中,有几个基因被敲除之后会对细胞产生很强的保护作用。例如,名为RBA7A的基因是一个内溶酶体运输基因 (endolysosomal trafficking gene),它可能在媒介DPR侵入细胞和在细胞之间的转播中起到重要作用。另一个受到关注的基因是Tmx2,当它被敲除时,几乎100%的细胞在DPR存在的环境下能够存活,而通常只有10%的细胞能够存活。Tmx2蛋白是在细胞内质网中的一种蛋白,它的功能还没有得到完全澄清。有研究认为它可能在媒介内质网对环境中应激因子的反应中起着重要作用,特别是它可能诱发细胞死亡。

在这项研究中使用的CRISPR筛选技术可被用来研究其它疾病的信号通路。目前该团队正在使用同样的技术研究其它由于毒性蛋白沉积造成的神经退行性疾病,包括亨廷顿病(Huntington’s disease),帕金森病 (Parkinson’s disease) 和阿兹海默病 (Alzheimer’s disease)等等。“我认为这是CRISPR筛选的一项非常令人兴奋的应用,而且它才刚刚开始,” 文章的资深作者、斯坦福大学的遗传学教授Michael Bassik博士说。

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