來自肯和露絲·戴維神經(jīng)病學和神經(jīng)科學部門神經(jīng)肌肉疾病和神經(jīng)科學部門副教授Evangelos Kiskinis博士實驗室的兩項研究發(fā)現(xiàn)，兩種類型的遺傳性肌萎縮性側(cè)索硬化癥(ALS)涉及新的細胞機制。
該研究結(jié)果發(fā)表在Science Advances和Cell Reports上，提高了對ALS的認識，ALS是一種進行性神經(jīng)退行性疾病，攻擊大腦和脊髓的運動神經(jīng)元，并為靶向治療的未來發(fā)展提供了支持。
據(jù)萊斯特納肌萎縮側(cè)索硬化癥基金會估計，目前美國有3.2萬人患有肌萎縮側(cè)索硬化癥。ALS有兩種類型:散發(fā)性(非遺傳性)，占所有ALS病例的90%以上，以及家族性(遺傳性)。
在發(fā)表在《Science Advances》雜志上的論文中，Kiskinis團隊研究了一種家族性ALS，這種ALS是由C9ORF72基因的重復基因序列引起的，這是ALS的最大遺傳原因。
根據(jù)Kiskinis的說法，健康人的基因組中可能有20個重復的C9ORF72，而ALS患者可能有數(shù)千個重復。這些重復序列通過非規(guī)范途徑轉(zhuǎn)錄和翻譯，在神經(jīng)元中產(chǎn)生不規(guī)則RNA和二肽(由肽結(jié)合的兩個氨基酸分子)。
Kiskinis的研究小組假設，這種級聯(lián)效應是導致這種類型的ALS運動神經(jīng)元功能獲得毒性的原因。這促使他們研究使這些重復二肽(R-DPRs)毒性增加的機制。
利用計算和實驗技術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)R-DPRs對RNA分子具有很強的結(jié)合親和力。然后，他們使用了一種叫做交聯(lián)免疫沉淀(CLIP-seq)的技術(shù)來分離特定的RNA片段，發(fā)現(xiàn)R-DPRs只與核糖體RNA結(jié)合。具體來說，聚GR二肽與核糖體RNA結(jié)合，損害核糖體穩(wěn)態(tài)，這是細胞分化和細胞整體構(gòu)成所必需的過程。
利用這些發(fā)現(xiàn)，研究人員隨后設計了一種RNA“誘餌”，誘使聚GR與看似是核糖體RNA的東西結(jié)合——或者在這種情況下，是誘餌。在體內(nèi)模型和來自C9ORF72突變患者的iPSC神經(jīng)元中，誘餌分子抑制了毒性。
Kiskinis說:“我們使用多種不同的方法表明，我們設計的分子——‘誘餌’——與這種多GR蛋白結(jié)合得非常高，而且特異性很強，在與它結(jié)合的過程中，它阻止了它與核糖體RNA結(jié)合，阻止了它進入細胞核，而核糖體RNA是毒性最強的地方。它證明了具有這些‘誘餌’能力的RNA分子可以治療的原理，它也加強了C9ORF72突變的許多毒性與損害核糖體生物學有關(guān)的假設。”
研究人員現(xiàn)在正在優(yōu)化誘餌分子的化學成分，并打算在其他ALS模型中進行測試。
“當我們給這些突變的患者提供這種誘餌分子時，來自iPSC的神經(jīng)元存活的時間更長，這意味著它做了一些好事，這讓我們感到興奮。我們只需要弄清楚它是否是一種可行的、變革性的治療方法，”Kiskinis說。
聯(lián)系致病基因
已知有30種基因與家族性ALS相關(guān)，但每種基因驅(qū)動因素是否只導致一種一般類型的ALS還是多種類型的ALS，在該領域仍然是一個懸而未決的問題。
為了解決這個問題，根據(jù)他們發(fā)表在《Cell Reports》上的研究，Kiskinis的團隊使用患者衍生的誘導多能干細胞(iPSC)脊髓運動神經(jīng)元來開發(fā)第二種最常見的家族性ALS類型的模型，這種類型是由SOD1基因突變引起的，在所有ALS病例中2%明顯。
“我們從過去20年在該領域所做的工作中了解到，這種突變通過功能獲得效應導致毒性。我們知道突變會導致蛋白質(zhì)錯誤折疊，而錯誤折疊會引發(fā)一連串的連鎖反應，導致功能障礙。但這是如何發(fā)生的，我們不太了解，”Kiskinis說。
研究人員使用時間蛋白質(zhì)組學來比較對照iPSC神經(jīng)元和SOD1突變的iPSC神經(jīng)元的蛋白質(zhì)組，并比較兩組神經(jīng)元之間的蛋白質(zhì)降解率(舊蛋白質(zhì)的回收和替換)。
在SOD1突變的iPSC神經(jīng)元中，他們發(fā)現(xiàn)另一種ALS致病蛋白-含纈氨酸蛋白(VCP) -比等基因控制的iPSC神經(jīng)元降解得慢。這種緩慢的蛋白質(zhì)降解最終導致VCP與某些蛋白質(zhì)的相互作用減少，而與其他蛋白質(zhì)的相互作用增加。
Kiskinis說:“這是非常令人興奮的，因為可以導致ALS的VCP突變被認為以類似的方式起作用。”
研究人員隨后旨在確定這種改變的VCP功能是否在SDO1介導的毒性中起作用。在突變型SOD1 iPSC患者神經(jīng)元和突變型SOD1的秀麗隱桿線蟲模型中，研究人員發(fā)現(xiàn)，當VCP過表達時，毒性降低，當VCP功能被抑制時，毒性增加。
Kiskinis說:“這篇論文以及我們過去幾年在實驗室所做的工作表明，雖然遺傳原因可能不同，但當涉及到這些細胞功能障礙的原因時，總會有某種程度的機制重疊。”
Kiskinis補充說，這很重要，因為這些發(fā)現(xiàn)可以為未來臨床試驗的設計提供信息，并改善靶向治療的應用。展望未來，Kiskinis說他的團隊想要確定VCP是否是SOD1突變患者以及其他類型ALS的有效治療靶點。
（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2023-11）
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