過表達(dá)能改善斑馬魚DMD模型受影響的身體肌肉并延長壽命！

近年來，肌肉萎縮癥受到越來越多的關(guān)注。一種特殊的基因可能在新的治療方法中發(fā)揮關(guān)鍵作用，防止身體肌肉在嚴(yán)重的肌肉疾病、肌肉萎縮癥中分解。瑞典 Um大學(xué)的一項(xiàng)新研究表明了這一點(diǎn)。在肌肉萎縮癥期間，當(dāng)身體的其他肌肉被破壞時(shí)，這種基因表達(dá)的蛋白質(zhì)可以自然地防止眼睛周圍的肌肉受到影響。在這項(xiàng)新研究中，讓該基因在杜氏肌營養(yǎng)不良斑馬魚模型的所有肌肉中都表達(dá)，斑馬魚全身的肌營養(yǎng)不良蛋白得到了緩解，存活時(shí)間更長。

“你可以說，眼肌的功能既可以讓你開闊眼界，了解疾病，也可以為全身治療打開一扇門。”

背景

肌肉萎縮癥是一組影響肌肉組織的先天性遺傳疾病，可由40多種基因突變引起，具有相似的特征，包括導(dǎo)致肌肉無力的肌纖維斷裂、行動(dòng)能力喪失以及主要由呼吸衰竭引起的過早死亡。盡管肌肉萎縮癥影響全球1:4-5000新生兒，經(jīng)常導(dǎo)致嚴(yán)重殘疾和大大縮短預(yù)期壽命，帶來明顯的痛苦，但目前尚無有效的治療方法，治療方案也很少。因此，需要新的有效治療方案，以延長和改善患有這些有害疾病的患者的生活質(zhì)量。

肌營養(yǎng)不良最常見的形式是杜氏肌營養(yǎng)不良(DMD)。在DMD中，巨蛋白Dystrophin丟失或被截短。Dystrophin是Dystrophin-糖蛋白復(fù)合物(DGC)的重要成員。DGC通過細(xì)胞膜將細(xì)胞外基質(zhì)與肌原纖維內(nèi)細(xì)胞骨架中的f -肌動(dòng)蛋白連接起來，這是肌纖維完整性的基礎(chǔ)。DGC參與肌纖維的多種功能，如肌膜的力傳遞，但也作為信號(hào)中樞，是肌纖維完整性的關(guān)鍵因素。

早前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，控制眼球運(yùn)動(dòng)的肌肉不受肌肉萎縮癥的影響，即使在其他嚴(yán)重的疾病過程中也是如此。盡管有相同的基因缺陷，但患有肌肉萎縮癥的人身體的肌肉萎縮，而眼睛的肌肉仍然具有抵抗力。眼外肌與其他橫紋肌具有相同的屬性，但它們?cè)诨虮磉_(dá)和蛋白質(zhì)含量以及神經(jīng)肌肉和肌腱連接組成有所不同。然而，眼外肌的這種保護(hù)性是由于什么原因尚不清楚。

重要發(fā)現(xiàn)

Ume?大學(xué)的一項(xiàng)研究揭示了這一現(xiàn)象。事實(shí)證明，一個(gè)特定的基因起著關(guān)鍵作用。這種名為fhl2b的基因一生都在眼部肌肉中表達(dá)，但在身體的其他肌肉中不表達(dá)。通過轉(zhuǎn)錄組分析，研究人員證明了斑馬魚眼外肌和軀干肌肉對(duì)肌肉營養(yǎng)不良反應(yīng)的基因表達(dá)的重要差異，發(fā)現(xiàn)蛋白Fhl2在肌肉萎縮模型——敲除desmin、plectin和obscurin(細(xì)胞骨架蛋白，敲除這些蛋白可導(dǎo)致不同的肌肉營養(yǎng)不良)后——顯著增加，并有助于眼外肌對(duì)疾病抵抗。此外，他們發(fā)現(xiàn)在肌肉中過表達(dá)fhl2b可以部分挽救斑馬魚杜氏肌營養(yǎng)不良模型sapje的肌肉表型，使之變得更加強(qiáng)壯，顯著提高其存活率。因此，Fhl2是一種保護(hù)因子，是治療肌營養(yǎng)不良癥的候選靶基因。

“在我們找到新的治療方法之前還有很長的路要走。但研究結(jié)果意味著我們有一個(gè)明確的軌道，可以進(jìn)一步研究如何使用特定的基因和蛋白質(zhì)來減緩這種痛苦的疾病進(jìn)展，”Ume?大學(xué)副教授、該研究的研究員Jonas von Hofsten說。在這項(xiàng)研究中，研究人員使用了轉(zhuǎn)基因斑馬魚來研究肌肉萎縮癥如何影響眼部肌肉，通過使用獲得諾貝爾獎(jiǎng)的CRISPR/Cas9基因編輯，在斑馬魚身上創(chuàng)建了新的遺傳疾病模型。

部分研究細(xì)節(jié)

1. 最常用的斑馬魚DMD模型是sapje系。斑馬魚的Dystrophin基因外顯子攜帶A-to-T 翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致過早出現(xiàn)終止密碼子。斑馬魚體內(nèi)缺乏Dystrophin會(huì)導(dǎo)致軀干肌纖維從肌隔脫落，收縮裝置失效，最終導(dǎo)致多達(dá)50%的斑馬魚幼體在受精后5天內(nèi)過早死亡(dpf)。因此，斑馬魚受到Dystrophin缺乏的嚴(yán)重影響，基本上能模擬人類的DMD狀況，為實(shí)驗(yàn)治療研究提供了良好的模型。另外，斑馬魚眼外肌是研究細(xì)胞骨架以及肌纖維和神經(jīng)肌肉連接處細(xì)胞結(jié)構(gòu)的良好模型。

2. Desmin是骨骼肌纖維中最豐富的細(xì)胞骨架蛋白，除了與DGC相互作用外，Desmin還被認(rèn)為參與基因調(diào)控，并作為一種機(jī)械傳感器，利用機(jī)械拉伸觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞。此外，去絲蛋白將肌核和線粒體錨定在肌膜和肌原纖維上。盡管在肌纖維中有重要作用，但對(duì)Des敲除小鼠的研究表明，眼外肌相對(duì)不受影響。作者用Desmin突變動(dòng)物模型，研究Desmin缺失（長時(shí)間營養(yǎng)不良）背景下的眼外肌轉(zhuǎn)錄組，以尋找眼外肌對(duì)肌肉營養(yǎng)不良的先天抵抗力的信息，并嘗試以此拯救其他營養(yǎng)不良的骨骼肌。

3. 為了研究非致命性肌營養(yǎng)不良癥背景下的眼外肌，作者構(gòu)建了desma +/- ;desmb +/-斑馬魚，其兩個(gè)基因的外顯子 1 中均具有提前終止密碼子。結(jié)果表明Desmin有助于肌纖維的完整性，并且是維持胚胎斑馬魚軀干中肌肉組織的正常功能所必需的。但在這個(gè)模型中保留了眼外肌的完整性。盡管缺乏Desmin，眼外肌 肌纖維成分仍保持不變，而軀干肌肉受到顯著影響并顯示出明顯的肌營養(yǎng)不良跡象。

對(duì)其轉(zhuǎn)錄組分析表明，fhl2b上調(diào)是眼外肌對(duì)肌營養(yǎng)不良癥的反應(yīng)，并且隨著疾病進(jìn)展而在突變斑馬眼外肌中增加。健康成年人和小鼠的眼外肌也被發(fā)現(xiàn)含有 FHL2 陽性肌纖維，經(jīng)蛋白質(zhì)印跡證實(shí)，表明 Fhl2 在不同物種的 EOM 中具有保守的作用。fhl2敲除導(dǎo)致 眼外肌肌纖維肥大。結(jié)果表明需要 Fhl2 來維持desmin敲除背景下 眼外肌 中的肌纖維穩(wěn)態(tài)，因此可以被視為眼外肌的保護(hù)基因。

fhl2b的肌肉特異性過表達(dá)顯著提高杜氏肌營養(yǎng)不良斑馬魚模型的存活率和肌纖維完整性。肌肉特異性過表達(dá)fhl2b可改善杜氏肌營養(yǎng)不良模型的運(yùn)動(dòng)功能并顯著延長壽命。fhl2b的肌肉特異性過表達(dá)還可加速巨噬細(xì)胞活性和肌肉再生。

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