RNA:全世界都在看

日期：2012-12-21 09:52:18

2011年夏天，一項持續(xù)3年的肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥（ALS）研究終于完成。研究小組將重點集中在了一種引發(fā)家族性ALS的突變上——僅僅是9號染色體上的3個基因。

一直以來，研究人員通過使用各種新的排序技術(shù)和超大計算能力，進(jìn)行了詳細(xì)全面的基因分析，但未能發(fā)現(xiàn)任何有關(guān)連的突變。

而美國國家衰老研究所的遺傳學(xué)家Bryan Traynor認(rèn)為，DNA片段上可能出現(xiàn)了不同尋常的“潛伏者”。無疑，計算機(jī)算法無法正確地集合受到ALS影響的家族成員的有關(guān)DNA序列，于是Traynor自己動手完成了這項工作。“我不得不回到使用莎草紙和鉛筆的時代，用這些‘原始工具’將它做出來。”他開玩笑道。

聚焦RNA

就這樣，Traynor發(fā)現(xiàn)，ALS患者DNA中核苷酸序列GGGGCC自身出現(xiàn)反復(fù)重復(fù)。因為這種突變已經(jīng)被證實與另一些神經(jīng)變性疾病有關(guān)——例如，反復(fù)的DNA序列引發(fā)亨廷頓氏舞蹈病和X染色體易損綜合征，Traynor相信研究小組的長時間工作終于可以結(jié)束，他找到了病因。

另外，美國梅奧診所的Rosa Rademakers領(lǐng)銜的研究小組，也獨立地發(fā)現(xiàn)了基因中存在相同的復(fù)制，并暫時將其稱為C9ORF72。這兩個研究小組同時將研究成果發(fā)表在2011年9月份的《神經(jīng)元》期刊上。

他們的結(jié)論迅速成為迄今為止最重要的ALS基因發(fā)現(xiàn)。在家族性ALS中，C9ORF72突變占40%的比例，在家族性額顳癡呆（FTD）中也占21%。研究人員還發(fā)現(xiàn)，7%的偶發(fā)性ALS和5%的偶發(fā)性FTD出現(xiàn)該突變?！斑@是第一次發(fā)現(xiàn)遺傳問題也是偶發(fā)性疾病的基礎(chǔ)?！?/SPAN>Traynor說。

所有人都期待著找到為何這種突變會引發(fā)ALS。并且為何在一些人中，這些突變卻反常地引發(fā)了FTD。ALS會掠奪一個人的肌肉控制能力，但不損害智力，而FTD恰恰相反。（也有一些患者表現(xiàn)出這兩種疾病的癥狀，只是等級不同。）

科學(xué)家提出了一個假設(shè)，長DNA復(fù)制產(chǎn)生一個RNA發(fā)脹凝塊，這使一個或更多維持神經(jīng)功能或存活所必需的RNA結(jié)合蛋白在細(xì)胞內(nèi)部受到限制。早在2006年，在ALS研究中，RNA結(jié)合蛋白就受到密切關(guān)注。其中之一TDP-43就曾被指出能制作反常蛋白質(zhì)沉積物——在幾乎所有ALS病例中發(fā)現(xiàn)的一種運動神經(jīng)元包含物。

基因中TDP-43和FUS（一種有關(guān)的RNA結(jié)合蛋白）出現(xiàn)突變，能夠引起ALS，并且，一旦另一種RNA結(jié)合蛋白——ataxin-2——出現(xiàn)突變，患ALS的風(fēng)險更高。

盡管ALS神經(jīng)元會遭受不同類型的功能紊亂，但是，最近諸多發(fā)現(xiàn)都指向“一種會聚的概念”，即RNA加工過程中出現(xiàn)錯誤，這對引發(fā)ALS極為重要，并且這還可能與所有細(xì)胞問題有關(guān)，美國加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校的生物化學(xué)家Don Cleveland表示。

其他研究人員也警告稱，ALS實際可能是若干不同的疾病，有不同的病因，RNA錯誤只是其中之一。無論如何，Cleveland說：“去年9月是ALS歷史上最令人興奮的時刻?！?/SPAN>

神秘觸發(fā)機(jī)制

在ALS和FTD患者體內(nèi)，RNA結(jié)合蛋白在做什么——或不做什么——依然是個謎。這部分由于每個蛋白質(zhì)可能結(jié)合許多RNA，有時多達(dá)數(shù)千個，就使研究人員很難弄清楚哪些RNA在疾病中起作用。不過，“RNA的諸多職責(zé)中，沒有一個步驟脫離了RNA結(jié)合蛋白的‘光環(huán)’?！泵绹土_神經(jīng)學(xué)研究所神經(jīng)生物學(xué)家Robert Bowser表示。

對于ALS和FTD研究人員而言，主要的未知問題是，什么觸發(fā)了RNA結(jié)合蛋白聚合到了從患者神經(jīng)元和其他神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的包含物里。

其中一個假設(shè)是，這些包含物源自應(yīng)力顆?！砻艿?/SPAN>RNA結(jié)合蛋白小球，能夠響應(yīng)細(xì)胞壓力。應(yīng)力顆粒包圍著RNA，并阻止它們翻譯成蛋白質(zhì)，直到壓力消失?！坝捎诰哂羞@種功能，它們也更易在患者體內(nèi)以一種無法控制的狀態(tài)聚集?！彼固垢４髮W(xué)遺傳學(xué)家Aaron Gitler指出。正常情況下，應(yīng)力顆粒最終會溶解，并釋放出被包圍的RNA，但是持續(xù)受到壓力——或由于遺傳風(fēng)險因子等——它們可能一直存在，最終轉(zhuǎn)變成ALS和FTD患者體內(nèi)被發(fā)現(xiàn)的大量細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含物。

遺傳證據(jù)支持了這一假設(shè)。2010年，Gitler和當(dāng)時的同事Nancy Bonini報告稱，5%的ALS患者ataxin-2——一種與應(yīng)力顆粒有關(guān)的RNA結(jié)合蛋白——出現(xiàn)突變。

另外，C9ORF72基因中的6—核甘酸重復(fù)序列可能引起另一種不同的聚合——發(fā)生在細(xì)胞核而非細(xì)胞質(zhì)中。研究人員十分懷疑，這種DNA重復(fù)序列發(fā)生在基因中的一個非編碼區(qū)域，引起反常RNA結(jié)構(gòu)，能“俘獲”一個或更多的RNA結(jié)合蛋白。

而且絕對數(shù)目的重復(fù)序列——至少30個，時常數(shù)百甚至上千個——能夠隔絕足夠的蛋白質(zhì)，從而破壞神經(jīng)元，最終導(dǎo)致其死亡?！斑@實際上能判斷出RNA結(jié)合蛋白被隔絕的情況?！?/SPAN>Gitler表示。這樣的隔絕會引發(fā)疾病，最著名的例子就是強(qiáng)直性肌營養(yǎng)不良。

不過，RNA聚集是否或如何損害神經(jīng)元還不得而知。并且研究人員也未就ALS和 FTD神經(jīng)細(xì)胞中的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含物是否因捕獲RNA結(jié)合蛋白使其不能履行一般功能或聚集出現(xiàn)了一種新的有毒功能而殺死細(xì)胞達(dá)成一致?！拔覀€人認(rèn)為，相關(guān)數(shù)據(jù)表明，它可能同時喪失和獲得了功能?！?/SPAN>Gitler說。