反义治疗恢复脆性X在人类细胞中蛋白的生产

一个反义治疗由乔尔·d·里希特博士,Sneha Shah博士和乔纳森·k·瓦博士陈马塞诸斯州大学医学院和伊丽莎白Berry-Kravis,医学博士,博士,拉什大学医学中心,恢复生产的蛋白FMRP细胞脆性X综合征患者样本。

发表在《美国国家科学院院刊》上,这个突破是有可能的,因为小说的研究结果,提出了在这项研究中,异常的可变剪接的信使核糖核酸(mRNA)在脆性X综合征中扮演主要的角色,最常见的遗传性智力残疾和最常见的单基因导致自闭症。

“这一发现提供了真正的希望,治疗以减轻脆性X综合征可能和可以翻译到诊所早于我们曾经认为,“里希特博士说,亚瑟·f . Koskinas椅子在神经科学和分子医学教授。“这些发现是非常规的,不是我们所期望的。如果你做好基础科学,相信你的数据跟它,结果可以改变我们的基本生物学和疾病的理解。”

脆性X综合征是一种遗传疾病造成的CGG重复扩张脆性X染色体的DNA序列(FMR1基因)。脆性X遭受智力障碍行为和学习的挑战。认知障碍的范围可以从轻微到严重和折磨男孩比女孩更频繁。

没有治愈脆性X综合征虽然干预等特殊教育、言语治疗、物理治疗或行为疗法和药物提供缓解症状可以提供优化的机会全面的技能。

在显微镜下,检测到包含重复扩张的FMR1基因作为缩小乐队捏的一只胳膊的X染色体(标识为脆弱的网站)。蛋白质的主要功能FMR1基因的产物(FMRP)是绑定多达1000种不同的mrna和抑制他们的翻译。

当FMRP缺席,如脆性X综合征,有生产过剩的数百种不同的蛋白质在大脑中。虽然它不是完全理解如何FMRP控制信使核糖核酸的翻译起着至关重要的作用在突触可塑性和更高的大脑功能。没有FMRP,正常神经发育不发生。

通常情况下,人类已经5 - 55 CGG重复在FMR1基因。脆性X综合征发生时,个人拥有超过200 CGG重复FMR1基因序列。疾病的传统模型认为,一旦CGG重复长度达到200以上,基因甲基化和关闭,不会产生FMR1 RNA或FMRP。

利用雄性的血样与脆性X Berry-Kravis博士提供的儿科教授,神经科学和解剖学和细胞生物学,Drs。bob电竞里希特和沙发现意想不到的东西。

“我们有理由相信,有缺陷的mrna在许多由脆性X病人,”沙阿博士说,分子医学助理教授。“我们跑实验,开始研究各种RNA读数,然而,我们惊奇地发现,细胞产生脆性X mRNA即使没有取得的蛋白质。他们不应该产生任何脆性X mRNA。这不是应该发生。它让我们重新思考疾病是如何发生的一个基本的生物水平。”

密切关注mutation-carrying脆弱X mRNA,国王发现了一个鲜为人知的异常剪接异构体,序列变异,称为fmr1 - 217。前信使rna可以由核糖体翻译成有功能的蛋白质它经历了一个过程被称为拼接。

这中间的过程会删除所有非编码区域的RNA(内含子)和拼接起来的蛋白质编码区(外显子)。相信这种剪接机制的变化,称为可变剪接,允许单个基因创建不同的RNA亚型。这些亚型,因为他们都含有不同的编码区域,允许单个基因多个蛋白质。

CGG重复发现FMR1基因突变,导致mis-splicing事件,留下了一个关键的基因内区(pseudo-exon)在成熟的信使rna。这个简单的拼接误差是FMRP的原因不是,不像先前甲基化的基因,相信。里希特和沙假设如果这mis-splicing可以纠正或避免,那么正常的脆性X蛋白可以恢复生产。

改变RNA拼接的方法之一是创建一个反义寡核苷酸(麻生太郎),一小段DNA互补序列,将绑定到目标mRNA。这个绑定导致拼接机械跳过RNA上的接头地点不当,导致正常的拼接和成熟的mRNA的形成。这也是一个技术已经被用于临床治疗神经肌肉障碍脊髓性肌萎缩(SMA)和临床试验其他神经系统疾病。

设计一个麻生太郎针对脆性X mRNA,里希特博士和他的同事们把瓦特,麻生太郎专家也作用于神经系统疾病,如亨廷顿氏舞蹈病和肌萎缩性侧索硬化症。教授瓦RNA治疗,设计11 ASOs试图找到一个将阻止mis-splicing脆性X染色体RNA和恢复FMRP的生产。

结合两个ASOs由瓦成功抑制异常剪接,救出了合适的FMR1 patient-derived细胞信使rna剪接。这导致生产FMRP在这些细胞的正常水平。

“我们永远不会发现这个使用小鼠模型脆性X”,里希特说。“一个基因敲除小鼠模型。因为它根本没有脆性X基因,没有信使rna。FMR1 mRNA mis-splicing是基因调控机制,取决于CGG扩张,这可能是独特的人类和灵长类动物。我们只发现了这个mis-splicing因为我们工作在人类细胞。”

里希特和他的同事们希望将这一发现可以使加速,因为目前的治疗诊所SMA是基于类似的技术。两者之间唯一的区别是麻生太郎的基因序列用于治疗X mis-splicing脆弱。

“这是一个非常令人兴奋的发现具有较高的治疗潜力,”Berry-Kravis说。

”在发展的早期,然而,很多工作需要确定麻生太郎的有效策略可以恢复FMRP的百分比的大脑细胞和个体与脆弱X如果麻生太郎策略是成功的细胞百分比显著与脆性X染色体的个体,这可能提供了一个遗传疾病逆转可能有很高的临床影响和改善与脆性X的人生活的功能水平,减少他们的照顾者的负担。”