核质运输在ALS和FTD中扮演重要角色

尘雾 · 发表于 2016-2-13 21:35:27

2016年2月12日——肌萎缩侧索硬化（ALS）和额颞叶痴呆（FTD）是两种毁灭性的成人神经退行性疾病，目前无法治愈。10%的ALS患者罹患的是家族性疾病，而40%的FTD病例由一种基因缺陷导致。2011年，最重要的ALS和FTD遗传致病因被发现。该致病突变是位于C9orf72基因中非编码DNA片段的重复，即所谓串联重复序列（tandem repeat）。最近，来自VIB和鲁汶大学（KU Leuven）的研究团队发现，翻译自该串联重复序列的蛋白质会干扰核质运输，对于导致ALS和FTD是至关重要的。

Ludo Van Den Bosch教授（VIB/鲁汶大学）：“这是我们第一次看到核质运输（nucleocytoplasmic transport）在这些特定形式ALS和FTD中发挥作用。而且，这些见解拥有坚实的基础，因为它们来自4个不同的科学角度。这是我们理解这些可怕疾病的重要下一步”。

ALS和FTD

在ALS中，运动皮层、脑干和脊髓中的运动神经元会受到影响，而在FTD中，大脑额颞叶皮层中的皮层神经元会变性退化。患者的临床表现可能侧重于运动（ALS）或额颞叶（FTD），或者是二者的混合（ALS-FTD）。运动问题包括肌肉无力和瘫痪，进行性发展并致命，FTD患者则表现出行为和/或人格改变或着语言问题。

C9orf72基因中的串联重复序列

C9orf72基因中的致病串联重复序列是GGGGCC六核苷酸重复扩张，可能导致C9orf72蛋白质水平下降。此外，重复-包含（repeat-containing）RNA可能是有毒的。最后但同样重要的是，翻译自这些重复-包含RNA的二肽重复蛋白质（DPRs）可能也会造成毒性。目前在C9orf72患者中总共发现了5种不同的DPRs。

在Ludo Van Den Bosch教授和Wim Robberecht教授（VIB/鲁汶大学）的指导下，Steven Boeynaems博士生和Elke Bogaert博士研究了这些不同的DPRs是否以及如何可能有毒。研究人员设计了只表达一种DPR的表达构造。使用酵母和果蝇模型，他们发现，在这些DPRs中，只有两种具有毒性，即甘氨酸-精氨酸（glycine-arginine）和脯氨酸-精氨酸（proline-arginine）DPRs。接下来，他们使用酵母和果蝇中可用的基因工具研究这些DPRs如何具有毒性。与A.Gitler博士（美国斯坦福大学）合作，他们首次进行了酵母中的全基因组遗传修饰因子（genome-wide genetic modifier）筛选。这些筛选强烈丰富控制核质运输的基因。使用果蝇，研究人员确认了这一过程的重要性。最强力的修饰因子是transportin-1，这种蛋白质通常将许多RNA结合蛋白从细胞质运输到细胞核。这一过程在转基因果蝇中发生改变，表现出RNA结合蛋白的细胞质聚合。此外，他们发现，在C9orf72患者大脑中，transportin-1运输的蛋白质还会错误定位。生物信息学分析暗示，甘氨酸-精氨酸和脯氨酸-精氨酸重复可能模仿这些蛋白质的细胞核定位信号，通过使核质运输系统超负荷而劫持细胞核输入。

Steven Boeynaems、Ludo Van Den Bosch、Wim Robberecht和Elke Bogaert

Wim Robberecht教授（VIB/鲁汶大学）：“最近，在另外两篇发表于《Nature》的论文中，研究人员使用含有C9orf72重复的果蝇产生了毒性重复RNA和毒性DPRs，也得出结论：有缺陷的核质运输对C9orf72 ALS和/或FTD是重要的。有趣的是，大部分ALS和/或FTD患者，包括携带C9orf72六核苷酸重复的患者，存在正常细胞核RNA结合蛋白的异常细胞质聚合物。因此，调节核质运输可能成为有希望而新颖的疗法途径”。

《Nature Neuroscience》期刊酵母论文链接：Modifiers of C9orf72 dipeptide repeat toxicity connect nucleocytoplasmic transport defects to FTD/ALS

《Scientific Reports》期刊果蝇论文链接：Drosophilascreen connects nuclear transport genes to DPR pathology in c9ALS/FTD

本文翻译自：http://www.vib.be/en/news/Pages/Important-role-of-nucleocytoplasmic-transport-in-amyotrophic-lateral-sclerosis-and-frontotemporal-dementia.aspx

尘雾 · 发表于 2016-2-13 21:36:10

核运输问题与ALS和FTD相联系

NIH支持的研究指向治疗神经退行性疾病的潜在新靶点

2015年10月16日——美国国家卫生研究院（National Institutes of Health，NIH）支持的3组科学家团队发现，一种与某些形式ALS和额颞叶痴呆（FTD）相关的基因突变可能通过扰乱物质进出细胞核（储存大部分DNA的指令中心）的运动而破坏神经元。这些研究结果发表在《自然（Nature）》和《自然-神经科学（Nature Neuroscience）》期刊，为治疗这两种疾病提供了可能的策略。

“这项研究点亮了关于核运输在神经元健康中作用的聚光灯” NIH国家神经疾病和中风研究所（National Institute of Neurological Disorders and Stroke，NINDS）项目主管Amelie Gubitz博士说道，“研究结果提供了关于该突变如何使神经元基本过程‘出轨’的新见解，并且打开了疗法开发的新路径。”

ALS和FTD都由特定神经元的死亡造成。ALS会最终导致患者运动困难和瘫痪，而在FTD中，患者会出现语言和决策困难。之前的研究已经将C9orf72基因中的特定突变与40%的遗传性ALS病例和25%的遗传性FTD病例以及近10%的两病非遗传性病例相联系。最近在酵母、果蝇和患者神经元中进行的实验发现，该突变会阻止蛋白质和遗传物质RNA在细胞核与细胞质之间的移动。

“到了最后，这种遗传信息流动的缺陷会达到顶点，从而导致在正确的时间和地点表达基因出现问题” 3项研究之一的资深作者、圣裘德儿童研究医院J. Paul Taylor博士说道。

DNA是由被称为核苷酸的构建模块构成。在突变C9orf72基因中，六核苷酸序列异常重复很多倍。这些DNA重复性伸展产生的RNA分子会干扰细胞中的蛋白质。RNA还会生成有毒的二肽重复蛋白质（dipeptide repeat proteins）。不过，直到现在，该突变的两个产物如何影响特定的细胞系统依然未知。

突变阻断核运输：C9orf72基因突变阻止蛋白质（绿色）进入和退出细胞核（粉色）。照片由NIGMS美国提供，来源：索尔克研究所，Maximiliano D’Angelo和Martin Hetzer。

3组科学家都在源于患者皮肤细胞的神经元中发现了该突变损害核运输的证据。Taylor博士的研究团队发现，与创建自健康细胞的神经元相比，这些神经元的细胞核中拥有多得多的RNA，暗示突变会阻止RNA离开细胞核。另外两组研究人员发现，患者源性神经元在将特定蛋白质引入细胞核的过程中同样存在困难。

由Jeffrey Rothstein博士领导的约翰霍普金斯大学研究人员关注于由C9orf72突变产生的异常RNA如何影响被称为RanGAP的蛋白质，该蛋白质对运输材料进入细胞核是至关重要的。在之前工作的基础上，该组研究人员证实，在携带突变的患者的脑组织中，RNA链会与RanGAP相结合，阻止该蛋白执行其功能。该组研究人员随后用能够防止这种干扰的化合物治疗这些细胞，发现治疗消除了运输缺陷，允许蛋白质进入细胞核。类似的，在果蝇中增加RanGAP生产，减少了突变导致的神经恶化和运动问题。

“这项研究定义了ALS和FTD如何开始的临界点，这就是核-质运输（nuclear-cytoplasmic transport）的中断” Rothstein博士说道，“通过结合果蝇模型、人类大脑活细胞和尸检人体组织，这些研究全面地告诉我们是什么开始了疾病。”

除了在实验室培养的神经元中进行研究外，Taylor博士的团队还通过向果蝇神经元插入8、28和58个重复性DNA序列副本探索了该突变的影响。他们发现，额外的副本对细胞造成更多的损害。该组研究人员随后进行了基因“筛选”，系统地突变其他果蝇基因以找到能够增加或减少这种损害的基因。他们发现了许多编码核运输蛋白质的基因。

“我们很惊奇地发现了18个与核质贩运（nucleocytoplasmic trafficking）相关的基因，所以我们知道我们的发现是非常强有力的冲击” Taylor博士说道。

与此同时，斯坦福大学Aaron Gitler博士领导的第3个研究团队在酵母细胞中进行了类似的筛选，这些酵母细胞包含C9orf72突变产生的毒性二肽重复蛋白质。与Taylor博士的研究一样，这些实验表明，涉及核运输的基因影响二肽重复蛋白质对细胞如何有害。

“多个研究团队，使用独立的方法，都聚集在相同的基因和通路，这是令人鼓舞的” Gitler博士说道。

综上所述，这3项研究表明，旨在增加核质运输的疗法可能对某些形式的ALS和FTD有效。

关于美国国家卫生研究院（National Institutes of Health，NIH）

NIH是美国的国家性医学研究机构，包括27个研究所和研究中心，是美国卫生和公众服务部（U.S. Department of Health and HumanServices）的组成部分。NIH是从事和支持基础、临床和转化医学研究的主要联邦机构，同时调查常见和罕见病的病因、治疗和治愈方法。更多信息可见：www.nih.gov。

本文翻译自：http://www.nih.gov/news/health/oct2015/ninds-16.htm

论文链接：

http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14973.html

http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14974.html

http://www.nature.com/neuro/journal/v18/n9/full/nn.4085.html