科學家發現新策略，有望「解凍」漸凍人！

近日，中科院神經科學研究所徐進課題組以「重新激活無義介導的mRNA降解通路可有效對抗C9orf72雙肽重複序列的神經毒性」為題，在期刊Brain（IF=10.8）發表了一篇關於肌萎縮側索硬化症的最新研究。在這項研究中，安諾基因承擔轉錄組測序工作。

肌萎縮側索硬化症（ALS）是一種嚴重的神經退行性疾病，目前沒有有效的治療方法。在我國通常將肌萎縮側索硬化症與運動神經元病混用，俗稱漸凍人症。一旦確診，患者多在3-5年內去世，著名的物理學家霍金就曾遭受此疾病的困擾。目前對這種疾病有效的干預治療的研究情況是什麼樣的呢？小編帶大家一看究竟吧~

研究亮點

研究發現C9orf72六核苷酸重複擴增（HRE）的雙肽重複序列（DPR）對無義介導的mRNA降解通路（NMD）有抑制作用。NMD是細胞中清除有害、錯誤RNA產物的一種監測及防禦機制，NMD的抑制可能是由於表達富含精氨酸的DPR的細胞中P-body（processing bodies）的減少所致。研究人員在細胞和果蠅模型中證明，通過遺傳和藥理方法重新激活NMD通路可以阻礙C9orf72富含精氨酸的DPR誘導的神經毒性，最後確定了曲尼司特（tranilast）為NMD激活藥物。

研究思路

研究結果

1. C9orf72患者中NMD的抑制

為了評估C9orf72 HRE 患者的NMD途徑是否受到干擾，將不同C9orf72 ALS相關來源的已發表的轉錄組數據與來自具有NMD缺陷的人細胞的轉錄組數據進行無偏生物信息學分析，發現在C9orf72 ALS小腦組織和NMD缺陷的人細胞之間存在大量重疊的基因。通過GO分析發現，在這些重疊的基因中，應激反應和免疫系統相關基因顯著富集，同時對各個比較組的重疊基因進行深入分析，發現NMD調控的mRNA積累是一種與C9orf72產物特異相關的效應。

圖1 C9orf72 ALS與具有NMD缺陷的細胞轉錄組數據分析

2. 富含精氨酸的C9orf72雙肽重複序列抑制NMD

研究人員利用果蠅模型，通過RNA-seq分析來評估C9orf72 HRE產物在體內是否會影響NMD的正常表達。作者研究了HRE和含有36個重複序列的脯氨酸-精氨酸雙肽（PR36）對果蠅NMD基因表達的影響。將表達HRE36或PR36的5日齡果蠅的腦轉錄組數據與由UPF1缺失引起NMD通路缺陷的果蠅轉錄組數據進行了比較分析發現，這兩組中由於NMD被抑制而導致底物基因積累，其中36%的基因相同。結果表明，C9orf72富含精氨酸DPR的表達可能導致果蠅NMD的抑制。之後，研究人員在人神經母細胞瘤細胞系（SH-SY5Y）和小鼠腦中進行了驗證。

圖2 C9orf72富含精氨酸DPR的表達導致果蠅NMD的抑制

3. C9orf72雙肽重複序列通過減少P-body丰度而抑制NMD

研究人員用免疫熒游標記技術對P-body和應激顆粒進行研究，發現在表達富含精氨酸的DPR細胞中應激顆粒的增加可能導致P-body的減少，即C9orf72富含精氨酸的DPR可通過減少P-body的丰度而抑制NMD。

圖3 GFP-GR36表達細胞P-body減少導致NMD抑制

註：GR36：甘氨酸精氨酸36個重複序列；GFP-GR36：毒性比未加標籤的GR36低，但毒性與PR36相當。

4. 激活NMD通路可以阻礙雙肽重複序列的毒性

UPF1是啟動NMD的關鍵蛋白，研究發現在人SH-SY5Y細胞中UPF1的表達可以有效地防止HRE36引起的細胞凋亡；在果蠅模型中UPF1能逆轉4種NMD底物的積累，並能有效地挽救PR36引起的運動神經元和軸突投射的丟失。通過在人和果蠅實驗中的研究表明，通過增加NMD通路中核心蛋白的表達可恢復NMD的活性，從而阻礙富含精氨酸的DPR引起的神經毒性。

圖4 UPF1完全阻斷GFP-GR36對SH-SY5Y細胞的毒性作用

此外，研究人員研究了四種化合物（tranilast, nifulumic acid, febuxostat and nitazoxanide），在人SH-SY5Y細胞中，研究發現曲尼司特可有效地重新激活NMD活性，有效地抑制GFP-GR36或HRE36誘導的細胞凋亡。在果蠅實驗中，經曲尼司特處理後，果蠅蛹數顯著增加，成體存活率和運動功能顯著增強。因此，曲尼司特可解除C9orf72 DPR對人細胞和果蠅的神經毒性。

結論

該項研究揭示了導致肌萎縮性側索硬化症的新機制，證實了激活無義介導的mRNA降解通路可以作為治療ALS的新策略，發現了一種現用於治療哮喘的藥物有可能成為治療ALS的新葯。

End

參考資料：

[1] New neurons form in the brain into the tenth decade of life, even in people with Alzheimer"s

[2] Human Hippocampal Neurogenesis Persists in Aged Adults and Alzheimer』s Disease Patients

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