重磅推荐|Nature揭示治疗神经退行性疾病新的思路
iNature：Rett综合征是由蛋白质MECP2突变，而引起的脑部疾病，但是MECP2的突变，如何影响大脑是未知的。 现在，小鼠的研究显示MeCP2蛋白质的关键结构域负责Rett综合征（MBD及NID结构域），同时这文章也为治疗提供了方向。
Rett综合症，也叫做雷特综合征、头小综合征，是一种女孩儿特有的广泛性发育障碍，属于神经系统的严重失常现象，具有遗传性。该病症会影响到患者的运动，导致患儿智力下降，为交流障碍，语言障碍，刻板行为，手脚失用，共济失调以及产生孤独症等，严重影响儿童的健康生长发育。经过科学家多年的努力，证实Rett综合征是由位于X染色体上的MECP2（甲基化结合蛋白２）基因突变造成的。MECP2基因编码合成的蛋白叫作甲基化结合蛋白2（MeCP2蛋白），它具有抑制其它基因表达的功能。MECP2基因突变后丧失了调节其它基因表达的功能，这样本该被MeCP2抑制的基因在错误的时间与部位表达，造成了神经功能的异常。
然而，由于MECP2蛋白与许多其他蛋白质相互作用，并且在调控基因表达方面具有广泛性和特异性，因此确定MECP2哪些结构域引起Rett综合征是困难的。 但是，Tillotson等人报道，只有两个关键结构域的小鼠MeCP2与Rett综合征小鼠模型中的症状减轻相关，这种发现具有极强的治疗意义【1-3】。
在Mecp2基因突变的小鼠，提供了研究Rett综合征的动物模型【4】;动物显示病情的关键特征，包括雄性小鼠的运动和呼吸异常和过早死亡。另一项研究【5】证实，MeCP2表达是正常脑功能所必需的，因为在成年小鼠中删除Mecp2会引起行为问题和过早死亡。这些研究提出，即使出现症状，恢复MECP2功能的疗法可能会改善Rett综合征患者的生活。然而，恢复MECP2在患者中的表达，提出了技术挑战。
MeCP2包含几个不同的域，每个结构域行使不同的功能。例如，甲基化DNA结合结构域（MBD）结合具有甲基化的CG，通常会引起基因的表达发生变化【1】。 MeCP2中的其他结构域进化上非常的保守，并介导许多其他类型的分子相互作用;例如，蛋白质的AT-钩结构域可以直接结合DNA。 MeCP2还可以通过一系列机制调节基因表达，包括染色质修饰和RNA调控【3】。
虽然这些观察结果表明MeCP2作为协调许多基因调控过程的支架，但是与Rett综合征相关的大多数错义突变（其中一个氨基酸不同于野生型的突变）都发生在MBD或NCoR / SMRT结构域（NID）。该结构域与含有与基因表达抑制相关的蛋白质NCoR和SMRT的复合物相互作用【6，7】。 Tilloton及其同事测试了通过遗传工程小鼠品系来表达截短版本的蛋白质，MBD和NID是与Rett综合征相关的关键结构域。
一个工程小鼠含有MeCP2缺失其氨基末端（ΔN），另一个缺少氨基和羧基末端（ΔNC），最小版本（ΔNIC）仅包含MBD和NID。完全缺乏Mecp2的雄性小鼠的中位生存期为9周，显示严重的运动和行为异常。然而，在 Tilloton等人的实验中，仅携带ΔN或ΔNC的雄性小鼠的运动和行为与其野生型兄弟姐妹的运动和行为是不可区分的。携带ΔNIC的小鼠具有正常的存活率，尽管与野生型兄弟姐妹相比，这些小鼠显示轻微的神经功能缺陷和运动协调减少。此外，Tilloton等人证实，如果在缺乏Mecp2的成年雄性小鼠中表达ΔNIC，则症状进展降低，其存活率正常。
这些结果对于治疗神经发育障碍功能丧失突变的基因治疗方法具有意义。用这种疗法的一个挑战是找到转移所需基因序列的合适载体。自身互补的腺相关病毒（scAAV）可用于体内基因传递，但这些可以仅包含少量的DNA，限制其编码小蛋白质或大基因必需结构域的基因的有效性。
为了在其动物模型中测试这种基因治疗方法，Tillotson及其同事用含有ΔNIC的scAAV注射了缺乏Mecp2的新生雄性小鼠。与没有接受该版本的MeCP2的对照小鼠相比，这种治疗增加了动物的存活率并降低了Rett综合征样症状。这种方法可能可以推广到其他神经性疾病，例如SHANK蛋白家族的研究，其涉及自闭症谱系障碍【8】。
Rett综合症的另一个并发症是由于MECP2基因在X染色体上。雄性只有一个X染色体，并且对于任何给定的MECP2突变显示更严重的症状【9】。因此，尽管Tillotson及其同事使用的雄性小鼠提供了一种敏感的测试MeCP2功能的方法，但它们的特征在雌性中并不明显。然而，使用雌性动物观察MeCP2功能可能是棘手的。雌性有两条X染色体，在任何给定的细胞中，只有一条染色体通过随机的失活过程，来调节表达基因。
将来有必要进一步探知由ΔNIC介导的Rett综合征症状的逆转是否也发生在雌性小鼠中。值得进一步研究的另一个方面是，除了表达突变体MeCP2的细胞的缺陷之外，雌性的症状特征是否反映了表达正常MeCP2的细胞的代偿性变化。实际上，在雌性小鼠【10】中，与仅携带正常版本的MeCP2的小鼠的神经元的这种分布相比，信使RNA谱在表达正常或突变蛋白的神经元中不同。鉴于蛋白质的多功能性质，探索的另一个有趣的途径是，是否需要针对特定生理学功能（如认知或运动功能）的不同领域。扩展Tillotson及其同事所采用的遗传和病毒方法的研究，对于确定MECP2的哪些功能为Rett综合征的治疗开发，提供潜在的希望将至关重要。
原文链接
https://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/pdf/nature24151.pdf
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature24058.html
参考文献
1. Krishnaraj, R., Ho, G. & Christodoulou, J. Hum. Mutat. 38, 922–931 (2017).
2. Tillotson, R. et al. Nature http:dx.doi.org/10.1038/ nature24058 (2017).
3. Lyst, M. J. & Bird, A. Nature Rev. Genet. 16, 261–275(2015).
4. Guy, J., Gan, J., Selfridge, J., Cobb, S. & Bird, A.Science 315, 1143–1147 (2007).
5. McGraw, C. M., Samaco, R. C. & Zoghbi, H. Y.Science, 333, 186 (2011).
6. Katz, D. M. et al. Trends Neurosci. 39, 100–113(2016).
7. Lyst, M. J. et al. Nature Neurosci. 16, 898–902(2013).
8. Monteiro, P. & Feng, G. Nature Rev. Neurosci. 18,147–157 (2017).
9. Ebert, D. H. et al. Nature 499, 341–345 (2013).
10. Johnson, B. S. et al. Nature Med. http://dx.doi.org/10.1038/nm4406 (2017).
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