CRISPR-based策略恢复神经元受到Rett综合症

Rett综合症是一种罕见的、进步的神经发育障碍,通常影响女孩,导致严重的智力障碍,运动技能,和autism-like症状,目前还没有治疗方法。Rett综合症是由X染色体基因MECP2功能丧失的突变。女性通常有两个副本每个X染色体上MECP2-one Rett综合症在大多数情况下,只有一个副本的突变。该病是因为,正常关闭的MECP2神经元通过这一过程被称为X染色体失活。

在《华尔街日报》发表的一篇论文科学转化医学1月18日,鲁道夫·怀特黑德研究院创始成员Jaenisch;哥伦比亚大学医学中心助理教授肖恩·刘,以前在Jaenisch博士后的实验室;研究生在实验室刘翔的Junming钱;刘和博士后的实验室Xiaonan关显示他们可以恢复正常的MECP2 Rett综合症神经元在实验室,这可以有效地恢复神经功能。他们完成这使用修改后的一对CRISPR工具,他们旨在帮助把沉默基因。研究人员希望,这个策略可能会发展成一个成功的治疗此病。

“我们看到的事实,此病的神经元有一个正常的疾病基因的副本,顺便被关闭,为契机,“Jaenisch说,也是一个麻省理工学院的生物学教授。“我们的研究结果表明,重新激活这个拷贝的基因可能是一个好的治疗策略。”

修改CRISPR激活基因

CRISPR / Cas9分子工具,研究人员使用编辑基因。刘博士后Jaenisch的实验室时,他和他的同事们开发了一种修改CRISPR / Cas9工具将打开或关闭基因而不是编辑它们。该工具通过移除甲基、化学标签附加到DNA和基因表达的影响。研究人员用他们的工具来恢复神经元受脆性X综合征,一个神经发育障碍引起智力障碍主要在男孩,通过移除FMR1基因甲基化沉默的疾病。

刘想应用工具的其他疾病。他将目光投向Rett综合症,因为它有一些相似之处脆性X syndrome-it的神经发育障碍引起的突变单基因但也提出了一个新的challenge-reactivating不活跃的X染色体的一个基因。

X染色体失活是一个过程,通常发生在细胞的人在开发过程中有两个X染色体。这些细胞复制的两倍,因为他们最需要的X染色体基因,这意味着如果两个副本保持活跃的基因过表达。因此,每个细胞的基因沉默在一个X染色体的复制,随机选择一个副本。对于患有此病,这意味着在大约一半的神经元,正常复制MECP2沉默,只留下突变版本活跃。受影响神经元的细胞体和非典型电活动比较小,导致此病的症状。

刘和他的团队面临的挑战在重新激活的正常拷贝MECP2 X染色体失活细胞,是一个非常有力的执行系统和多层机制沉默的基因超表达。当研究人员应用现有的工具Rett综合症神经元,去除沉默MECP2的甲基化,这是增加表达的基因,但不足以恢复正常活动的神经元。研究人员推测,他们需要抵消至少一个其他机制沉默的X染色体基因为了有效地恢复神经元受到Rett综合症。

两个工具的人多

一组X染色体基因称为逃犯提供了线索;这些基因不受X染色体失活保持活跃,所以两人的副本。逃亡者的基因往往CTCF蛋白质接壤。CTCF可以作为绝缘体,这有助于隔离区域的基因组基因调控在一个地区可以在邻近地区分开监管。在X染色体的情况下逃脱,CTCF分子可能使他们从附近的基因沉默。

团队再次修改CRISPR,所以这一次,它将添加CTCF MECP2周围锚点。CRISPR搭配蛋白质Cas9作为编辑的合作伙伴,他们与蛋白质Cpf1配对。每个蛋白质使用不同的基因序列识别位置应该目标,允许研究人员将两个CRISPR工具没有他们互相干扰。删除甲基化和添加CTCF的结合不仅MECP2表达显著增加,神经元也恢复正常大小和电活动。结果表明,这种方法可以功能恢复神经元受到Rett综合症。

刘的实验室现在正在测试Rett综合症的工具在一个小鼠模型,是否可以恢复正常的行为。研究人员也在研究如何让人交付的工具,以便他们能有一天被用来治疗病人。尽管研究人员专注于他们的工作在此病的前进,他们希望其他实验室使用工具箱解决其他x染色体疾病。

“它开发的分子工具可以非常有趣,”刘说,“但是研究变得更有意义,当你找出如何应用这些工具在疾病的情况下,可以正面影响社会的方式。这是鲁道夫强调当我在他的实验室训练,每天都在激励我。”