脆性X蛋白的新作用可能为治疗提供线索
X染色体脆弱综合症背后的蛋白质扮演着基因指挥家的角色,指挥着帮助塑造DNA三维结构的基因交响乐。
脆性X型智力障碍蛋白质研究人员于2017年9月7日在该杂志上报告称,FMRP监督一组改变DNA包装方式的基因细胞.这对FMRP来说是一个重要的新角色,并可能最终揭示对抗脆弱x的新方法。在该综合征中——一种以发育迟缓、智力残疾为特征的遗传疾病,有时还伴有自闭症——FMRP并不是在做监督者的工作。
研究负责人罗伯特·达内尔是洛克菲勒大学霍华德·休斯医学研究所(HHMI)的研究员,他称这些发现“朝着一种不同的治疗方法迈出了令人兴奋的一步”,但他警告说,这些结果来自于对癌症的研究老鼠,是临床前的。
几十年来,科学家们一直在研究FMRP,但它的缺失是如何导致脆性X染色体综合征的,目前还不完全清楚。达内尔和其他人的早期研究表明FMRP管理大量蛋白质的生产,这些蛋白质存在于神经细胞连接处,称为突触.多年来,科学家们认为操纵这些突触蛋白可能会缓解由FMRP缺失引起的一些异常。达内尔说,这是一个很有前途的方法,但“还没有结出果实”。
相反,他和同事们专注于FMRP的另一种作用——调节改变DNA包装的蛋白质的合成。他的团队之前的工作暗示FMRP控制着一组被称为表观遗传调节的蛋白质。这些蛋白质有助于将DNA链缠绕成称为染色质的复杂结构。松散的包装使基因变得更活跃,而紧密的包装使基因保持沉默。通过这种方式,染色质形成蛋白可以控制基因行为。
但没有人知道FMRP在这一过程中发挥了多大的作用。现在,达内尔的团队报告说,FMRP位于蛋白质制造工厂的顶部——实际上监督控制基因的蛋白质的生产。达内尔说,FMRP就像一个首席执行官,监督着一个庞大的副总裁团队。一旦首席执行官失踪,副总裁们就会抓狂。
其中一种VP是一种叫做Brd4的蛋白质,它可以调节其他基因的活性。当研究人员设计小鼠缺乏FMRP时,Brd4可以随意调节基因的活动水平。科学家们已经有了一种可以抑制Brd4作用的药物——一种叫做JQ1的小分子,它可以阻止Brd4与染色质结合。当研究人员用JQ1治疗小鼠时,Brd4靶基因的许多异常活性水平恢复正常。
达内尔、主要作者埃丽卡·科布及其同事发现,大脑也有改善。JQ1处理后,小鼠神经细胞缺乏FMRP的小鼠会脱落过多的树突棘——一种接收其他神经细胞信号的神经结构。(神经细胞长出额外的刺是脆性x染色体的一个众所周知的特征。)
老鼠行为的某些方面也有所改善。在一项测量重复行为的实验中,研究人员计算了在15分钟的时间内,有多少只老鼠在被褥里埋了弹珠。没有FMRP的老鼠会痴迷地埋弹珠——大约是没有FMRP的老鼠的两倍正常小鼠.但一周的JQ1治疗扭转了这种不寻常的行为。
没有FMRP的小鼠也表现出异常的社会行为。正常的老鼠探索另一只老鼠和笼子里的塑料玩具的时间大致相同;缺乏FMRP的老鼠会花更多的时间嗅其他老鼠。在JQ1处理后,FMRP小鼠的好奇心又回到了玩具上。
结果表明,通过调整FMRP的染色质塑造目标,脆性X染色体综合征的某些方面可能得到改善。达内尔说,这种方法不仅限于脆性X染色体综合征。他指出,有一半患有这种综合症的儿童也表现出自闭症的一些特征。许多基因研究人员发现,在脆性X染色体患者中表现不同的基因在自闭症患者中似乎也不正常。
与自闭症的联系表明,重置脆性X染色体综合征患者基因行为的疗法也可能缓解其他发育障碍。达内尔说:“脆性X染色体综合征和自闭症之间有着显著的联系。”他和他的同事们打算弄清楚这些不同的目标是如何相互作用的,以及当它们偏离轨道时如何进行纠正。
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