剑指罕见遗传疾病，单分子成像揭示治疗新策略

▎药明康德内容团队编辑

雷特综合征（Rett syndrome）是一种罕见的遗传神经发育障碍，临床表现包括行走和语言能力受损，特征性的“搓手”动作，癫痫和认知功能障碍。这种疾病主要影响年轻女孩，世界范围内大约每10000~15000名新生女婴中有1名患病。

1999年，神经遗传学家Huda Zoghbi教授及其研究团队首次发现MECP2基因突变是雷特综合征的原因。MeCP2影响上百种基因的表达，其表达水平的变化对大脑中很多类型神经元的正常功能非常重要。MeCP2也是最早发现导致脑疾病的表观遗传学因子之一。多年来，Zoghbi实验室在雷特综合征和其他与MECP2相关的疾病中取得了一系列具有里程碑意义的发现。

最近，由贝勒医学院Huda Zoghbi教授和加州大学伯克利分校Robert Tjian（钱泽南）教授合作领导的研究团队表征了一种新的MECP2基因变异（G118E），并利用高分辨率单分子成像技术，以极高的分子精度在活体神经元中揭示了G118E突变如何影响MeCP2蛋白质分子与DNA的实时动态相互作用。研究结果近日发表于Genes and Development杂志，为了解雷特综合征的发病机制以及筛选潜在的治疗策略照亮了前路。文章的第一作者为贝勒医学院及德州儿童医院的周健博士。

论文介绍，该研究起始于从一名年轻男性患者中新发现的MECP2基因突变G118E。由于医学文献中从未描述过该突变，人们对其生物学效应一无所知。

研究第一步是建立了携带这一特定突变的疾病模型。通过诱导多能干细胞（iPSCs），课题组获得了G118E突变干细胞产生的神经元，进而发现MeCP2蛋白的水平与正常神经元相比显著降低。

接下来，研究团队利用CRISPR-Cas9技术生成了携带G118E突变的小鼠模型，以测试该突变对活体动物生理和行为的影响。他们发现与健康小鼠相比，G118E小鼠的神经元中MeCP2水平减少了40%，与在体外培养神经元中的发现一致。此外，突变体小鼠表现出类似雷特综合征的症状，进一步确认这一突变具有致病潜力。

作为甲基化CpG结合蛋白，MeCP2蛋白需要有效地与DNA结合才能发挥功能，研究人员随后尝试测试G118E突变如何影响MeCP2-DNA相互作用的动态。在生理条件下对活体神经元进行该定量测量非常困难。研究小组利用钱泽南团队开发的新型单分子实时成像技术，近距离观察了活体神经元中MeCP2-DNA相互作用。

实验发现，即使G118E神经元中MeCP2分子数量较少且结合DNA的能力降低，残留的MeCP2分子仍保留了大部分功能，并且与其对蛋白质水平的影响无关。

▲活细胞单分子成像显示，G118E 突变改变了MeCP2的染色质相互作用特性（图片来源：参考资料[1]）

这一发现为治疗带来了希望，因为尽管患者体内产生的是MeCP2突变体蛋白，增加其蛋白水平理论上仍然可以缓解雷特综合征的症状。基于该发现，课题组正在进一步完善单分子高通量成像平台用于大规模筛选作用于MeCP2-DNA相互作用的小分子，用于开发新型的治疗药物。

“大约75%的引起雷特综合征的突变保留了蛋白质的部分功能和一定的DNA结合能力。但到目前为止，对雄性小鼠进行的大多数研究都集中在严重的MECP2变异，其DNA结合能力完全被废除。利用先进的实时成像技术来研究像G118E这样保留了一定蛋白功能的致病突变，可以引导我们为更广泛的雷特综合征及其他罕见遗传疾病患者寻找新的治疗策略和方向。”论文第一作者周健博士指出。

文章的第一作者周健博士即将前往埃默里大学医学院建立课题组。课题组将继续利用动物和干细胞模型研究雷特综合征和其他神经发育疾病的发病机理，开发新的治疗药物和手段。实验室正在积极招募研究生，博士后，及助理研究员。

更多信息可以参考：

题图来源：123RF

参考资料：

[1] Jian Zhou et al., A novel pathogenic mutation of MeCP2 impairs chromatin association independent of protein levels. Genes & Dev. Doi：10.1101/gad.350733.123