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Science:人体一小段DNA分子对个体是否能够控制他们的肌肉

摘要 : 12月18日、Pfaff实验室研究生,在《科学》(Science)杂志上发表了一篇新研究论文,人体一小段DNA(比典型的基因要小几千倍)生成的一个分子,对个体是否能够控制他们的肌肉具有决定性的影响。

12月18日《科学》(Science)杂志上的一篇新研究论文,人体一小段DNA(比典型的基因要小几千倍)生成的一个分子,对个体是否能够控制他们的肌肉具有决定性的影响。

在这篇文章中,来自Salk研究所的科学家们报告称,不能生成一种叫做microRNAs的遗传分子的动物会出现诸如肌萎缩侧索硬化症(ALS)和脊髓性肌萎缩(SMA)等一些破坏性神经退行性疾病的症状(延伸阅读:两篇Nature文章发表神经退行性疾病重要发现)。

研究结果颠覆了以往对microRNAs在神经系统中所起作用的认知,为找到新的途径通过纠正功能异常的microRNAs来治疗神经退行性疾病打开了大门。

论文资深作者、霍华德休斯医学研究所研究员Samuel Pfaff说:“这真的是打开了一个新世界,有可能采取另一种方法来认识这类的神经退行性疾病。”

MicroRNA分子是一个相对较新的科学兴趣点。当2003年科学家们绘制出人类全基因组图谱时,疾病和基础研究的焦点很大程度上还是蛋白质编码基因。

微小的“非编码”RNAs:microRNAs是在1993年通过线虫研究首次被发现,但一直以来都不太清楚它们对于人类的重要性。由于microRNAs微小且无法编码蛋白质,多年来被分子生物学家们所忽略。

一旦生成microRNAs,它们会结合存在的信使RNA(这些分子携带着遗传编码信息),阻止它们在细胞中生成更多的蛋白。这一效应就像轻微下调细胞中所发生事件的音量,而非打开一个新通道。

Pfaff说:“按照我们思考其他遗传调控因子的方式,MicroRNAs并不是细胞中显著的基因开关。相反,microRNAs是微调控制基因活性——这是较难精确描绘出它们在细胞中所起作用的另一个原因。”

论文的第一作者、Pfaff实验室研究生Neal Amin说:“出于许多原因,这些小RNA并未得到很多的关注,但我们看到的一些线索表明microRNAs应得到更多的关注,尽管它们有可能不是最有效的基因调控因子。”应该更详细地思考microRNAs,是源于人们新近认识到一些与microRNA生成相关的基因在ALS和SMA患者中频繁突变。

运动神经元是将来自神经系统的冲动发送至肌肉的神经细胞。利用复杂的方法来标记、纯化和测序在运动神经元中采集的RNAs,Amin发现尤其是一种叫做miR-218的microRNA在这些类型的神经细胞中特别的丰富。

Pfaff说:“对于我们来说,这是一面大红旗。”

在他们最新的研究论文中,Salk研究所的研究人员采用了一种强大的基因编辑新技术CRISPR-Cas9,精确地剪掉小鼠基因组中负责生成miR-218的小部分DNA。研究小组还完成了几个生物信息学测试,揭示出这一微小RNA直接控制了300多个基因。

Pfaff说:“以往研究的MicroRNAs主要与神经细胞发育缺陷有关。这是大多数人期望发生在我们的microRNA上的事情。然而,在我们的实验中神经发生完全未受损伤。”

小鼠的神经系统正常发育,只有在神经与肌肉的特定接合点信号开始出错。随后小鼠运动神经元变得过度兴奋(这种情况见于ALS和SMA)中,然后运动神经元开始死亡。

尽管实验结果与ALS一类神经退行性疾病病程之间极为相似,作者们谨慎地表示这一实验只是第一步。ALS是一种致命性的神经退行性疾病,只有大约5%的病例有遗传性,绝大多数疾病病例似乎是由遗传和环境因素的综合作用所导致。

Amin说:“我们并未直接证实运动神经元与这一microRNA之间的联系。下一阶段是要进一步地调查这一microRNA与运动疾病患者之间的直接联系。”

Pfaff说,如果未来的研究证实功能异常的microRNAs在这些疾病中起作用,希望由于近期其他的生物医学进展,或许能够在细胞中修复microRNA功能。

但这篇论文研究结果的影响有可能会超越某些特定的运动神经元疾病。

Pfaff说:“它打破了有关microRNAs在神经系统中所起作用的一些常规偏见,并为人们开始将microRNAs当做一类与许多类型的神经退行性疾病显著相关的分子来开展研究打开了大门。”

原文链接:

Loss of motoneuron-specific microRNA-218 causes systemic neuromuscular failure

原文摘要:

 

Dysfunction of microRNA (miRNA) metabolism is thought to underlie diseases affecting motoneurons. One miRNA, miR-218, is abundantly and selectively expressed by developing and mature motoneurons. Here we show that mutant mice lacking miR-218 die neonatally and exhibit neuromuscular junction defects, motoneuron hyperexcitability, and progressive motoneuron cell loss, all of which are hallmarks of motoneuron diseases such as amyotrophic lateral sclerosis and spinal muscular atrophy. Gene profiling reveals that miR-218 modestly represses a cohort of hundreds of genes that are neuronally enriched but are not specific to a single neuron subpopulation. Thus, the set of messenger RNAs targeted by miR-218, designated target218, defines a neuronal gene network that is selectively tuned down in motoneurons to prevent neuromuscular failure and neurodegeneration. 

来源: Science 浏览次数:9

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