霍金的「漸凍症」，或許CRISPR技術能為此揭開神秘面紗……

新聞 03-17

乾貨 | 靠譜 | 實用

導讀

肌萎縮側索硬化症（ALS）是一種難以診斷、難以治療、難以恢復的神經系統疾病，科研人員利用基於CRISPR-Cas9基因編輯開發的新應用加強對ALS的基因分子，這或許為未來該病的新藥物靶點提供新的思路。

在基因編輯技術的新應用中，斯坦福大學醫學院的研究人員利用該技術增強了對肌萎縮側索硬化症（ALS）遺傳基礎的了解，這是一種神秘的退化性疾病，這種疾病的分析非常棘手。該團隊的研究結果是邁向該神秘疾病進展的一步，甚至有助於為新的治療目標奠定基礎。

ALS也被稱為Lou Gehrig病，侵蝕肌肉功能並損害大腦與人體交流的能力，使得簡單的隨意肌肉運動，如刷牙、說話甚至呼吸變得極其困難。ALS屬於一類神經退行性疾病，所有疾病都有共同的「特徵」-腦內積聚的異常蛋白質團塊。

在ALS中，這些蛋白質團塊或聚集體被認為對神經元具有致命的毒性，最終導致疾病的破壞性身體癥狀。但細胞死亡的過程仍然在很大程度上是一個黑匣子。

「這些毒性蛋白質聚集體可能是驅動疾病的病理原因，但沒有人真正知道它們是如何引起神經元細胞死亡的。這是我們在這項研究中想要探究的真正原因，」遺傳學教授Aaron Gitler博士說。Gitler"s和Bassik的實驗室使用CRISPR-Cas9基因編輯技術對整個人類基因組進行分類，挑選出幫助神經元維持抗毒蛋白質的基因。一些基因不僅使研究人員對疾病本身有了更深入的機制認識，少數位點似乎也有潛力成為藥物的新靶點。

描述這項研究的論文將發表在3月5日的Nature Genetics雜誌上。

CRISPR-Cas9 KO在初級小鼠神經元中的篩選

一個簡單但致命的蛋白質

C9orf72基因突變是ALS相對常見的原因，這一發現有助於著手理解ALS如何在分子水平上起作用。在ALS中，突變的C9orf72基因含有一個巨大的重複DNA片段，當該部分基因錯誤地變成各種毒性蛋白質時，它們會粘合神經元功能並導致細胞死亡。

「在一個健康的人身上，你可能會看到10到20個這樣的DNA重複，」Haney說。「但是在ALS中，它們擴展到數百乃至數千個重複片段，這就是生產這些有毒蛋白質的模板。」

Gitler和Bassik著手回答兩個基本問題：

毒性蛋白質如何消除健康的神經元？

是否還有其他基因能夠抵禦或反過來加劇腦中毒蛋白的作用？

研究人員並沒有單獨查找人類庫中的每個基因，而是採用了一種稱為全基因組篩查的策略，該策略利用CRISPR-Cas9同時改變每個人類基因的功能。在這種情況下，他們利用這項技術生產出「基因敲除」的效果，用一種能夠精確切割的分子剪刀靶向基因，使其無法執行正常功能。

Kramer解釋說，基因敲除可以幫助研究人員發現能夠增強毒性或預防基因的基因：如果您確定了一個基因並將其敲除，並且ALS蛋白重複不再有毒，那麼您知道該基因實際上不存在保護神經元免於退化。也許更重要的是，它可能是一個潛在的藥物靶點。

Tmx2：細胞死亡的哨兵

TMX2的減少提高了C9-ALS iPSC衍生的運動神經元存活率

在系統地敲除人類基因組中的每個基因並測量細胞中ALS蛋白的毒性後，研究人員發現，大約200個基因被敲除後，有助於保護細胞免受毒性蛋白質或使其更容易受到傷害。為了將一小部分基因歸零，Haney和Kramer在小鼠神經元中隨後進行了兩次隨後的敲除篩選。

他們發現了一些特別有力的保護者。例如，其中一個有助於阻斷毒性ALS蛋白滲透細胞並破壞細胞的關鍵入口。但是另外還有一個蛋白質，因為它神秘的抵抗神經死亡的能力而引起了該研究團隊的注意。該基因通常編碼稱為Tmx2的蛋白質，其在稱為內質網的一部分細胞中發現。

「我們可以想像Tmx2可能會成為很好的藥物靶點候選者，」Haney說。「如果你有一個小分子可能會阻礙Tmx2的功能，那麼可能有一個治療窗口。」

目前，Tmx2在內質網中的作用尚不完全清楚。但它被認為參與了對各種環境壓力因素的反應，特別是那些觸發細胞死亡的因素。根據這項研究的發現，它可能是其他基因的調節劑，引發細胞死亡過程。

「我們仍處於早期階段，但我認為確切了解Tmx2通常在細胞中做什麼是一個很好的開始 - 這將暗示當這些有毒物質殺死細胞時哪些功能受到干擾，並且可能指向我們應該研究哪些路徑，「克萊默說。

更廣泛地說，本研究中的CRISPR篩選已用於研究一系列疾病途徑。但該團隊表示，這是他們第一次認識到，全基因組人類CRISPR敲除篩選已被用於發現關於神經退行性疾病的線索。 Gitler和Bassik目前正在合作使用這種相同的方法來了解ALS甚至其他神經疾病，如亨廷頓舞蹈症，帕金森氏症和阿爾茨海默氏症。「我認為這是CRISPR屏幕的一個非常令人興奮的應用，這只是一個開始，」Bassik說。

END

活動