Rett综合征:研究历史和治疗展望

安吉拉·m·霍姆斯

雷特综合征研究信托基金(RSRT)有一个雄心勃勃的目标,治疗Rett综合征和Addgene是很高兴与他们合作,推出一个Rett综合征质粒收集和资源中心雷特综合症的研究由于对促进研究和发现的共同热情,Addgene和RSRT整合并集中了分子生物学工具的集合,从而使经验丰富的和新的Rett研究人员都可以找到治疗Rett综合征所需的试剂和资源。

如果你刚接触雷特氏症,这篇博客描述了雷特氏症研究的历史,作用MECP2并强调了一些最新的突破性治疗方法。

Rett-syndrome-logo什么是Rett综合征?

由甲基- cpg结合蛋白2突变引起(MECP2雷特综合征是一种罕见的、进行性的、神经发育性的遗传疾病,主要影响女孩。经过6到18个月看似正常的发展阶段后,Rett综合征患者经历了先前获得的技能的退化,如说话、协调、有目的的使用手和行走。他们可能表现出头部生长缓慢,癫痫发作,心肺功能障碍,独特的手部运动,并表现出类似自闭症的行为。

MECP2在Rett综合征中的作用

1966年,奥地利医生Andreas Rett首次描述了Rett综合征,他试图提高人们的认识,并在德国医学杂志上发表了他的观察。几十年后,经过多年的艰苦工作,试图分离出雷特氏综合征的致病基因,Huda Zoghbi他的实验室发现了第一个致病突变MECP2导致Rett综合征的基因(Amir et al., 1999)。我们现在知道,MECP2在神经元成熟过程中与甲基化的CpG二核苷酸和CAC三核苷酸结合(Tillotson & Bird, 2019),是数千个基因的全球转录调节因子。研究表明其在转录抑制、活性依赖的去抑制、染色质重塑、基因激活等方面的作用。在成年动物模型中,MECP2的丢失导致症状迅速出现,这表明MECP2在发育后也是必不可少的(McGraw et al., 2011)。

艾德里安鸟2007年的里程碑式论文科学表明小鼠疾病症状的戏剧性逆转是可能的(Guy et al., 2007)。他们通过使用Cre-Lox小鼠模型内源性的MECP2基因被一个Lox-Stop,导致在Rett综合征中观察到的神经功能缺损。恢复MECP2使用他莫昔芬诱导的Cre切除Stop基因不仅停止了神经损伤,而且完全逆转了神经损伤,无论其年龄或症状的严重程度。这一令人兴奋的发现为患有Rett综合征的儿童和成人带来了类似的逆转。

自从这些发现以来,科学家们研究了MECP2的不同部分是如何影响Rett综合征的。Zoghbi的实验室发现了一个小的DNA结合基序MECP2与富含at的DNA序列的小凹槽相互作用调节转录(Baker et al., 2013)。不同程度影响这种相互作用的突变决定了不同MECP2突变的临床严重程度。最近,伯德实验室发现只有一部分MECP2蛋白是挽救Rett综合征神经缺陷的必要条件(Tillotson et al., 2017)。

先进的基因疗法治疗Rett综合征

MECP2遵循“金发女孩”原则,即过多的MECP2蛋白和过少的MECP2蛋白一样有害,分别导致MECP2复制综合征或Rett综合征。Rett研究人员面临的主要挑战之一是如何向每个脑细胞输送精确数量的蛋白质以恢复生理水平。目前,许多研究集中在使用基因替代疗法、基因编辑、MECP2重新激活、RNA编辑、RNA反式剪接和蛋白质替代来逆转这种疾病的影响的治疗策略上。

作为一种非退行性、单基因疾病,在动物模型中显示出症状的可逆性,Rett综合征是基因替代治疗的一个强有力的候选转译。2014年,RSRT将两个基因治疗实验室(Brian Kaspar和Steven Gray)和两个MECP2实验室(Gail Mandel和Stuart Cobb)紧密合作,创建了基因治疗联盟。利用他们的联合技术专业知识开发一种可行的治疗方法,研究人员开发了腺相关病毒(AAV)载体,用于在临床前动物研究中靶向传递功能性MECP2基因,并取得了积极的结果(Sinnett et al., 2017;Powers等人,2019年)。基于联盟的工作,两个候选基因治疗进入了生物制药的临床开发项目。由卡斯帕(Kaspar)联合创立的AveXis(被诺华收购后更名为诺华基因疗法公司)和Taysha基因疗法(基于格雷的工作创立)预计都将在2021年将各自的基因疗法推向临床试验。

人MECP2基因座和MECP2蛋白示意图。
图1:人MECP2基因座和MECP2蛋白示意图,显示野生型人诱导多能干细胞中经过CRISPR/Cas9校正的突变。图片修改的Le等人,2019年

特别是通过CRISPR/Cas9和rna介导的MECP2突变等位基因修正的基因编辑,在修复神经疾病模型的突变方面显示了令人兴奋和有希望的结果。克劳斯Rajewsky的研究小组最近利用CRISPR/Cas9系统将MECP2- r270x突变精确插入野生型人iPSCs的MECP2基因中,然后将其插入成功修复突变(Le等,2019)。梁疗法由哈佛调查者和Addgene储户共同创办大卫刘博士,基斯Joung,博士,冯张他正在研究CRISPR/Cas9技术,以精确纠正Rett综合征突变。

盖尔·曼德尔和她的团队首次证明了这一点可编程RNA编辑可以修复活体动物的基因使用小鼠模型研究人类神经系统疾病的多种细胞类型(Sinnamon等人,2020年)。他们使用腺相关病毒(AAV)载体,将小鼠MECP2引导RNA和人类RNA碱基编辑酶(Editase)的过度活跃版本ADAR2引入雷特综合征小鼠模型的海马体。编辑酶修复了海马三种神经元亚型中半数突变的MECP2 RNA。这项技术已经形成了雷特综合症项目的基础维科疗法由盖尔·曼德尔(Gail Mandel)共同创立。

这两种方法都有许多技术挑战需要克服,比如将编辑机制传递到大脑,尽量减少偏离目标的编辑,以及对RNA编辑进行微调,以便在细胞内制造足够的野生型MECP2,但这是一项令人兴奋的进展,它以新颖的方式解决了Rett综合征的根本原因。

Addgene的MECP2质粒收集与资源中心将继续扩大,因为Rett的科学家将他们的mecp2相关质粒工具与Addgene,并分享额外的资源。资源中心提供了促进MECP2治疗策略的质粒工具,如CRISPR和RNA编辑或诱导iPSCs。研究人员还可以找到细胞系存储库的链接,包括患者来源的诱导多能干细胞、MECP2动物模型、组织库、Rett数据库和其他有用工具。

访问雷特综合症资源中心


引用:

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Baker SA, Chen L, Wilkins AD, Yu P, Lichtarge O, Zoghbi HY (2013) MeCP2的AT-Hook结构域决定Rett综合征和相关疾病的临床病程。细胞152:984 - 996。https://doi.org/10.1016/j.cell.2013.01.038

Guy J, Gan J, Selfridge J, Cobb S, Bird A(2007)在Rett综合征小鼠模型中逆转神经缺陷。科学315:1143 - 1147。https://doi.org/10.1126/science.1138389

Le TTH, Tran NT, Dao TML, Nguyen DD, Do HD, Ha TL, Kühn R, Nguyen TL, Rajewsky K, Chu VT(2019)高效和精确的CRISPR/ cas9介导的MECP2修饰人诱导的多能干细胞。Front Genet 10:。https://doi.org/10.3389/fgene.2019.00625

McGraw CM, Samaco RC, Zoghbi HY(2011)成人神经功能需要MeCP2。科学333:186 - 186。https://doi.org/10.1126/science.1206593

Powers S, Miranda C, Dennys-Rivers C, Huffenberger A, Braun L, Rinaldi F, Wein N, Meyer KC, Solano S, Nguyen K, Lang E, Kaspar AA, Foust KD, Thomsen G, Fugere M, Kaspar BK(2019)在MeCP2基因缺失(S51.002)的患者中,Rett综合征基因治疗可提高生存率和改善行为表型。神经病学92(15增刊)。http://n.neurology.org/content/92/15_Supplement/S51.002.abstract

Sinnamon JR, Kim SY, Fisk JR, Song Z, Nakai H, cheng S, McWeeney SK, Mandel G(2020)利用可编程RNA编辑技术修复神经系统疾病的蛋白质。Cell Reports 32:107878。https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.107878

Sinnett SE, Hector RD, Gadalla KKE, Heindel C, Chen D, Zaric V, Bailey MES, Cobb SR, Gray SJ(2017)改良的MECP2基因治疗延长了MECP2缺失小鼠的生存而无明显的脑内分娩毒性。分子治疗-方法和临床发展5:106-115。https://doi.org/10.1016/j.omtm.2017.04.006

Tillotson R, Selfridge J, Koerner MV, Gadalla KKE, Guy J, De Sousa D, Hector RD, Cobb SR, Bird A(2017)从根本上截断MeCP2挽救Rett综合征样神经缺陷。自然550:398 - 401。https://doi.org/10.1038/nature24058

Tillotson R, Bird A (2020) The Molecular Basis of MeCP2 Function in The Brain。分子生物学杂志。https://doi.org/10.1016/j.jmb.2019.10.004

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