科学家设计实时监测蛋白质动态方法，为治疗罕见遗传疾病提供途径

虽然人们已了解到，某些基因或蛋白功能出现异常会导致遗传性神经发育疾病，然而从临床角度很难找到合适、有效的方法干预或改善相关疾病。

近期，美国贝勒医学院和加州大学伯克利分校团队合作设计了一种新方法，能够在疾病模型中实时地监测蛋白质与 DNA 结合的动态变化。

通过高分辨率单分子成像技术，课题组对雷特综合征（Rett syndrome）中 MeCP2 基因的关键致病突变进行了分子动态表征，为测量病变蛋白质结合 DNA 的程度以及后续筛选小分子干预药物提供新途径。

图丨相关论文（来源：Genes & Development）

近日，相关论文以《一种新的 MeCP2 致病性突变以不依赖于蛋白水平的方式损害了染色质关联》（A novel pathogenic mutation of MeCP2 impairs chromatin association independent of protein levels）为题发表在 Genes &Development[1]。

贝勒医学院及德州儿童医院的周健博士为论文第一作者，胡达·佐格比（Huda Zoghbi）教授及加州大学伯克利分校钱泽南（Robert Tjian）教授为论文共同通讯作者。

图丨周健（来源：周健）

在佐格比课题组早期的研究中，研究人员已证实引起雷特综合症的基因 MeCP2，并了解到其在大脑中表达的具体位置及引起相关症状的发育阶段，为研究相关疾病的治疗打下基础。

雷特综合症的起因主要由于 MeCP2 基因的突变。MeCP2 蛋白质分子可以结合到 DNA，进而调控下游基因的开启和关闭。

2018 年，研究团队在临床的一名男性雷特氏综合症患者中，发现他的 MeCP2 基因上存在一种新的突变 G118E。并且，该突变会导致蛋白功能减弱，进而无法正常结合 DNA。

基于此研究人员提出，如果能在小鼠或人类细胞中实时测量蛋白质与 DNA 结合的程度， 就能以此寻找一种办法增强这种突变与 DNA 结合，并设计新的治疗方法。

于是，他们通过 CRISPR-Cas9 编辑相关基因，建立了与患者具有相同突变的小鼠模型，并观察到小鼠与患者存在类似的行为和生理上的变化。

疾病模型对了解和治愈人类相关疾病非常重要。研究人员了解到患者存在这种突变，但并不知道他的症状是不是由该突变引起的。

周健指出，“直到我们在人类干细胞和老鼠模型发现，同样的突变能够引起一系列的神经生物学、行为学的变化，我们才从科学角度证实 G118E 突变是导致雷特综合症的原因。”

图丨患者成纤维细胞衍生的神经元中 MeCP2 蛋白水平降低（来源：Genes & Development）

在确认基因突变的致病性后，该实验室与钱泽南课题组合作利用单分子追踪技术，实现了对 MeCP2 蛋白的单个分子进行强荧光标记和追踪。

值得注意的是，实验发现正常 MeCP2 蛋白更多的结合到 DNA 上以行使其功能，而有突变的蛋白由于多数没有与 DNA 结合，因此通常为游离状态。

“该技术为在活细胞中观察 DNA 结合蛋白的实时运动提供了新的手段，以方便、实时地测量蛋白与 DNA 结合的程度，并进一步解释了 G118E 突变的致病机理。”周健说。

由于染色质结合蛋白与一系列包括癌症、自闭症在内的疾病广泛关联，该研究所提供的致病性蛋白与 DNA 动态结合的观测平台，有望寻找到新的治疗手段增强或减弱相关蛋白与 DNA 结合，从而为治疗相关疾病提供新途径。

来源：Genes & Development）

下一步，该团队计划在两个方面进行深入探索。

一方面，他们打算将该平台发展成大规模的药物筛选平台。具体来说，研究人员将利用分子库筛选成千上万的小分子，以确认增加结合 DNA 效率的具体小分子，从而在疾病的动物模型验证，最终进入人体临床试验。

“现阶段，每个实验的筛选过程相对较长。如果作为筛选药物的平台，未来我们会想办法尽量缩短筛选时间，与此同时也在想办法建立自动化平台以降低成本。

目前，我们正在与相关公司合作推进中，希望最终将它发展为一种治疗疾病的新方法。”周健说道。

另一方面，研究人员还将使用同样的方法测量其他疾病的相关蛋白（转录因子），以确认该方法是否也能够区别正常蛋白与病变蛋白结合 DNA。如果成功验证，意味着可扩展到治疗其他不同的疾病，并筛选出影响其结合 DNA 的相关药物。

据悉，周健博士已在美国埃默里大学医学院成立独立课题组，通过动物、干细胞模型研究神经发育疾病的发病机理，例如雷特综合征、自闭症、智力发育障碍等，并开发新的治疗药物和手段。实验室正在招募研究生、博士后及助理研究员。

参考资料：

1.Zhou, J., et al. A novel pathogenic mutation of MeCP2 impairs chromatin association independent of protein levels. Genes & Development(2023). DOI：10.1101/gad.350733.123

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