Cell綜述:遺傳疾病mRNA靶標位點
日期:2014-09-15 09:13:53
之后國內的研究人員發現FMRP這種在大腦和睪丸中高度表達,并且與大腦發育及突觸可塑性(synaptic plasticity)中起作用的FMR1基因表達蛋白與小鼠大腦和睪丸中一種細胞核mRNA輸出蛋白——NXF2相互作用。
研究人員指出,普遍表達的mRNA核輸出因子NXF1(與NXF2親緣關系密切)是體內神經元FMRP及NXF2的調控靶標:NXF2的表達會影響NXF1 mRNA的穩定性,而這種作用可以通過FMRP的表達的減少得以逆轉,這說明FMRP和NXF2能共同調控NXF1mRNA的穩定性。
脆性X綜合癥是世界范圍內最常見的遺傳性智力缺陷之一,僅次于唐氏綜合癥,這種疾病是由脆性X智障蛋白(Fragile X mental retardation protein,FMRP)功能缺陷導致。
這種關鍵蛋白具有三個RNA結合區域,其突變也是在這些區域發生了變化,最新一期(9月12日)Cell雜志就以“FMRP mRNA Targets and Diseases”為題,匯總了40 個mRNA結合的FMRP靶標,并解析了哺乳動物中與這種疾病有關的一些蛋白調控機制。
1991年,科學家第一次發現脆性X染色體綜合癥,這種遺傳性疾病是由一不尋常的突變導致的一系列疾病中的一種:這種突變主要表現為染色體上的三個堿基的異常重復,稱為triplet repeat或者trinucleotide repeat,在脆性X染色體綜合癥中X染色體上重復的堿基為CGG,胞嘧啶-鳥嘌呤-鳥嘌呤。這種重復序列越多,患者癥狀越重。重復序列少,患者無癥狀表現,僅為攜帶者。
脆性X染色體綜合癥的發病癥狀為智力的遲緩發展,在男性中的發病比例比女性要大。患有此病的孩童擁有一系列明顯的特征:長臉、兜下巴、招風耳、突出的額頭。他們幼年時常表示出行為異常,有時過于活潑,容易激動并且看起來有點呆。通常他們都有智力障礙,不過會因每個人的情況不同而程度不同。過了青春期之后他們的行為異常會有所好轉,但是他們依然有智力障礙。
2006年,科學家們發現FMRP和mRNA之間存在一種新的相互反應,這種mRNA含有一種叫做“kissing complex”的三級RNA結構。由于FMRP被認為能夠調節大腦中的mRNA翻譯,因此解析這種結合作用具有重要意義,并且確定出這種調節的mRNA靶標將是了解這種蛋白的缺失導致各式各樣的復雜的脆性X染色體綜合癥顯型的重大進步。
FMRP具有三個RNA結合區域:兩個串連的KH型RNA結合區域和一個RGG box。在大多數脆性X病人中,FMRP的缺失是由于CGG重復序列的反常擴增導致FMR1基因的沉默。研究人員首先篩選了RNA庫以確定出KH2區域識別的RNA結構域。他們發現FMRP的KH2區域識別一種環-環“假結”(loop-loop pseudoknot)或稱為“kissing complex”,并且這種識別能夠被異亮氨酸到天冬酰胺酸的突變破壞。研究還表明FMRP與翻譯機器的協作能夠被kissing complex RNA競爭排擠:這一點非常重要,因為先前的生化研究表明脆性X病人細胞內分布著發生變化的多核糖體。
此外,近期另外一組研究人員發現一個單核苷酸(DNA的基本構建模塊)的改變可以引發脆性X綜合征:位于FMR1基因附近、啟動DNA復制的某一位點,在脆性X綜合征患者胚胎干細胞中是失活的。這種失活可改變FMR1基因在細胞分裂過程中的復制方式,這可能會引起一些問題,導致DNA重復序列在基因內擴增。
有趣的是,靠近FMR1基因的DNA序列的一個特定變化——一個“單核苷酸多態性”或SNP,與一些前突變攜帶者的重復擴增風險有關。這些研究人員發現,這個SNP與脆性X綜合征患者胚胎干細胞中的不活躍復制原點重疊。
這些研究發現將有助于解析脆性X綜合征的病理機制,并促進新型診斷和治療方法的研發。
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