CRISPR 助力 ALS 相关基因快速识别

2018-03-14 序说
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日前,来自美国斯坦福大学的研究人员,使用基因编辑工具 CRISPR-Cas9 快速鉴定出了 C9orf72 基因突变是修改人类肌萎缩性脊髓侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)和额颞叶痴呆(frontotemporal dementia,FTD)严重性的基因。此外,研究人员还公布了一组加速患者神经细胞死亡的潜在基因。

将近 40% 遗传 ALS 病例和 25% 遗传 FTD 病例的致病突变是由于 C9orf72 内插入了额外的 DNA 序列,这种突变类型被称为六核苷酸重复序列(hexanucleotide repeats)。重复序列产生的潜在毒性 RNA 和蛋白能杀死神经元,造成运动神经元损伤,ALS 患者瘫痪无力,FTD 患者语言和决策功能受损。

在 Aaron D. Gitler 博士和 Michael C. Bassik 博士的领导下,研究团队利用 CRISPR 逐个失活人类白血病细胞的每个基因来检验细胞是否能在六核甘酸重复序列驱动的毒性蛋白 DPRs 的处理下存活。如果细胞活得更久或者死亡速度加快,都说明失活的基因可能是 DPR 毒的重点嫌疑人。

研究最终证实,控制分子进出细胞核运动的基因可能是帮凶。此外,还有一些新基因,包括修饰染色体的和帮助细胞组装蛋白通过内质网(ER)的基因。

第二轮 CRISPR 的筛选对象是小鼠脑细胞。在白血病细胞中鉴定的 200 个重点基因可以帮助小鼠神经元在 DPR 暴露下存活。

最后,他们进一步验证了 ER 基因的重要性,尤其是 TMX2 基因。例如,研究人员用来自 ALS 患者携带 C9orf72 的皮肤细胞诱导神经元, TMX2 基因沉默的细胞的生存时间大于普通细胞。这项发现表明,TMX2 基因可能是针对 ALS 的一种新治疗方法。

作者推断,降低细胞 TMX2,“生存蛋白”产量提高,从而保护细胞免受 DPR 蛋白之毒。

过去,这类研究只能在酵母、线虫和苍蝇的基因组上逐一检验。CRISPR 基因编辑技术的飞跃,使研究人员仅花费 2 周时间就能完成整套人类基因组的全面搜索。这种更快、更彻底的方法还能用于其他神经系统疾病相关基因的快速识别。

上述研究论文 刊登 在了近期出版的《Nature Genetics》杂志上。

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1 CRISPR–Cas9 screens in human cells and primary neurons identify modifiers of C9ORF72 dipeptide-repeat-protein toxicity 暂无下载

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