CRISPR技術(shù)幫助發(fā)現治療漸凍人癥的新靶點(diǎn)

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2018-03-09

日前，斯坦福大學(xué) (Stanford University) 的研究人員利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)對影響ALS癥狀的基因進(jìn)行了篩選，研究結果不但幫助科學(xué)家們進(jìn)一步了解了ALS的發(fā)病機制，而且為治療ALS提供了新靶點(diǎn)。

肌萎縮側索硬化病 (amytrophic lateral sclerosis，ALS) 俗稱(chēng)漸凍人癥，是一種漸進(jìn)并致命的神經(jīng)退行性疾病。患者由于運動(dòng)神經(jīng)元的逐步死亡，導致肌肉功能退化，像刷牙、說(shuō)話(huà)甚至呼吸這樣簡(jiǎn)單的肌肉運動(dòng)都最終無(wú)法進(jìn)行。在患者大腦中出現的異常蛋白沉積是ALS的重要標志之一，但是科學(xué)家們并不清楚這些蛋白沉積如何導致神經(jīng)元的死亡。日前，斯坦福大學(xué) (Stanford University) 的研究人員利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)對影響ALS癥狀的基因進(jìn)行了篩選，研究結果不但幫助科學(xué)家們進(jìn)一步了解了ALS的發(fā)病機制，而且為治療ALS提供了新靶點(diǎn)。

▲圖片來(lái)源：123RF

在A(yíng)LS患者中，很常見(jiàn)的一個(gè)病因是在C90RF72基因上出現的六核苷酸重復序列擴增(hexanucleotide repeat expansion)，發(fā)生變異的基因會(huì )表達非常容易聚合的二肽重復(dipeptide repeat，DPR) 蛋白。這種DPR在細胞中的沉積被認為是導致神經(jīng)細胞死亡的原因。

這項結果發(fā)表在《Nature Genetics》的研究中，研究人員利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)在名為K562的人類(lèi)細胞系中進(jìn)行了全基因組敲除篩選 (genome-wide knockout screens)。CRISPR技術(shù)通常被用于修改基因序列，但是在這項研究中，它被用于在細胞中讓人類(lèi)基因組中的特定基因失活。然后研究人員將DPR蛋白加入到培養細胞的培養基中，檢測在細胞中敲除特定基因讓它們對DPR引發(fā)的細胞**更為敏感還是產(chǎn)生抗性。

▲圖片來(lái)源：123RF

研究人員首先在人類(lèi)細胞系中對人類(lèi)基因組中的所有基因進(jìn)行了篩選，他們發(fā)現有幾百個(gè)基因能夠對DPR的細胞**有正面或者負面的影響。為了在與ALS更為接近的細胞環(huán)境下檢驗這些基因的功能，研究人員在模擬ALS的小鼠神經(jīng)元細胞培養模型中對在人類(lèi)細胞中對DPR**影響的大約200個(gè)基因進(jìn)行了進(jìn)一步檢測。經(jīng)過(guò)兩輪篩選，研究人員發(fā)現十多個(gè)基因對DPR的細胞**有影響。

在這十幾個(gè)基因中，有幾個(gè)基因被敲除之后會(huì )對細胞產(chǎn)生很強的保護作用。例如，名為RBA7A的基因是一個(gè)內溶酶體運輸基因 (endolysosomal trafficking gene)，它可能在媒介DPR侵入細胞和在細胞之間的轉播中起到重要作用。

而另一個(gè)受到研究人員關(guān)注的基因是Tmx2，當它在細胞中被敲除時(shí)，幾乎的細胞在DPR存在的環(huán)境下能夠存活，而通常只有10%的細胞能夠存活。

“你可以想象Tmx2 蛋白可能會(huì )成為一個(gè)好的藥物靶點(diǎn)，” 文章的第一作者，斯坦福大學(xué)的研究生Michael Haney先生說(shuō)：“如果你有一個(gè)小分子化合物能夠通過(guò)什么方法抑制Tmx2的功能，那么它有可能成為治療ALS的療法。”

Tmx2蛋白是在細胞內質(zhì)網(wǎng)中的一種蛋白，它的功能還沒(méi)有得到完全澄清。已有研究認為它可能在媒介內質(zhì)網(wǎng)對環(huán)境中應激因子的反應中起著(zhù)重要作用，特別是它可能觸發(fā)細胞死亡。在這項研究中斯坦福的學(xué)者們認為T(mén)mx2能夠調節其它啟動(dòng)細胞死亡程序的基因。

“我認為理解Tmx2蛋白在細胞中的正常功能是下一步需要解決的問(wèn)題，這會(huì )幫助我們發(fā)現當有毒蛋白殺死細胞時(shí)哪些功能受到了影響，并且指出我們應該繼續考察哪些信號通路，” 文章的共同第一作者、斯坦福大學(xué)的研究生Nicholas Kramer先生說(shuō)。

而在這項研究中使用的CRISPR篩選技術(shù)可以被用來(lái)研究其它疾病的信號通路。目前這項研究的團隊正在試圖使用同樣的技術(shù)來(lái)研究其它由于**蛋白沉積造成的神經(jīng)退行性疾病，其中包括亨廷頓病(Huntington’s disease)，帕金森病 (Parkinson’s disease) 和阿茲海默病 (Alzheimer’s disease)。“我認為這是CRISPR篩選的一項非常令人興奮的應用，而且它才剛剛開(kāi)始，” 文章的資深作者、斯坦福大學(xué)的遺傳學(xué)教授Michael Bassik博士說(shuō)。

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