肌萎縮側(cè)索硬化(ALS)，俗稱漸凍人，是一種進(jìn)行性的、致命的神經(jīng)退行性疾病。由于患者的運(yùn)動神經(jīng)元逐漸死亡，肌肉功能退化，刷牙、說話甚至呼吸等簡單的肌肉運(yùn)動最后都無法進(jìn)行?；颊叽竽X中異常的蛋白質(zhì)沉積是ALS的重要標(biāo)志之一，但科學(xué)家不知道這些蛋白質(zhì)沉積是如何導(dǎo)致神經(jīng)元死亡的。前幾天斯坦福大學(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(jié)果不但幫助科學(xué)家們進(jìn)一步了解了ALS的發(fā)病機(jī)制，而且為治療ALS提供了新靶點(diǎn)。
在ALS患者中，一個常見的原因是C90RF72基因中的六核苷酸重復(fù)擴(kuò)增。突變的基因?qū)⒈磉_(dá)二肽重復(fù)(DPR)蛋白，這是非常容易聚合。這種細(xì)胞中的DPR沉積被認(rèn)為是神經(jīng)細(xì)胞死亡的原因。
結(jié)果發(fā)表在《Nature Genetics》的研究中。研究人員使用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)在一個名為K562的人類細(xì)胞系中進(jìn)行全基因組敲除篩選。CRISPR技術(shù)通常用于修改基因序列，但在這項研究中，它用于在細(xì)胞中滅活人類基因組中的特定基因。然后，研究人員將DPR蛋白添加到培養(yǎng)細(xì)胞的培養(yǎng)基中，并測試敲除細(xì)胞中的特定基因是否會使它們對DPR誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性更敏感或更具抵抗力。
研究人員首先在人類細(xì)胞系中篩選了人類基因組中的所有基因，發(fā)現(xiàn)數(shù)百種基因可能對DPR的細(xì)胞毒性產(chǎn)生積極或消極的影響。為了在更接近ALS的細(xì)胞環(huán)境中測試這些基因的功能，研究人員進(jìn)一步在模擬ALS的小鼠神經(jīng)元細(xì)胞培養(yǎng)模型中測試了約200個對人類細(xì)胞中DPR毒性影響最大的基因。經(jīng)過兩輪篩選，研究人員發(fā)現(xiàn)十多個基因?qū)PR的細(xì)胞毒性有最大影響。
在這十幾個基因中，有幾個基因被敲除后會對細(xì)胞產(chǎn)生很強(qiáng)的保護(hù)作用。例如，命名為RBA7A的基因是一種溶酶體內(nèi)運(yùn)輸基因，它可能在DPR侵入細(xì)胞和細(xì)胞間的中繼中起重要作用。
另一個引起研究人員關(guān)注的基因是Tmx2。當(dāng)它在細(xì)胞中被敲除時，幾乎100%的細(xì)胞可以在DPR存在下存活，但通常只有10%的細(xì)胞可以存活。
“你可以想象，Tmx2蛋白可能是一個很好的藥物靶點(diǎn)，”這篇文章的第一作者、斯坦福大學(xué)研究生邁克爾哈尼先生說：“如果你有一個小分子化合物能夠通過什么方法抑制Tmx2的功能，那么它有可能成為治療ALS的療法?！?
Tmx2蛋白是細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的一種蛋白，其功能尚未完全闡明。研究表明，它可能在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對環(huán)境應(yīng)激因子的反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，特別是它可能引發(fā)細(xì)胞死亡。在這項研究中，斯坦福大學(xué)的學(xué)者認(rèn)為，Tmx2可以調(diào)節(jié)啟動細(xì)胞死亡的其他基因。
“我認(rèn)為理解Tmx2蛋白在細(xì)胞中的正常功能是下一個需要解決的問題，這將有助于我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)有毒蛋白質(zhì)殺死細(xì)胞時，哪些功能受到影響，并指出我們應(yīng)該繼續(xù)調(diào)查的信號通路，”該文章的第一作者之一、斯坦福大學(xué)研究生尼古拉斯克雷默先生說。
這項研究中使用的CRISPR篩選技術(shù)可以用于研究其他疾病的信號通路。目前，研究小組正試圖使用相同的技術(shù)來研究由毒性蛋白質(zhì)沉積引起的其他神經(jīng)退行性疾病，包括亨廷頓氏病、帕金森氏病和阿爾茨海默氏病?！拔艺J(rèn)為這是CRISPR篩查的一個非常令人興奮的應(yīng)用，它才剛剛開始，”這篇文章的資深作者、斯坦福大學(xué)遺傳學(xué)教授邁克爾巴西克博士說。
參考資料：
[1]斯坦福大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的使用CRISPR的研究揭示了ALS的潛在藥物靶點(diǎn)
[2]CRISPRcas 9在人類細(xì)胞和初級神經(jīng)元中的篩選確定了C9ORF72二肽重復(fù)蛋白毒性的修飾物
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