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研究人员部分恢复了孤立性囊性纤维化肺细胞的

2019-05-07 10:54:14 医学研究184℃

  研究人员部分恢复了孤立性囊性纤维化肺细胞的功能丧失

  2016年5月26日

  在孤立性囊性纤维化肺细胞的实验中,阿拉巴马大学伯明翰分校的研究人员和其他两个机构的同事已经部分恢复了这些细胞的功能丧失。

  这项工作是使用酵母遗传模型寻找治疗目标的概念验证,在这种情况下,对于具有最常见的囊性纤维化突变的人,称为ΔF508-CFTR。这种突变影响了接近90%的囊性纤维化患者,其中一半有两个突变拷贝。

  “据我们所知,该研究是第一个临床前研究,证明了原发性患者细胞中ΔF508-CFTR功能的治疗水平”。 UAB遗传学系副教授和格雷戈里弗莱明詹姆斯囊性纤维化研究中心的John L. Hartman IV博士说。

  这项工作最近在PLOS Biology上发表,接下来将在囊性纤维化的动物模型中进行测试,在UAB从事实验室工作的研究生Kathryn Oliver说。

  囊性纤维化是一种进行性遗传性疾病,其特征是持续性肺部感染,导致肺损伤和严重的呼吸困难。健康人的肺部每天产生约2夸脱的粘液。这种粘液通过呼吸道细胞上毛发状纤毛的挥动运动传递到喉咙,这是一种传送带式活动,可以清除吸入肺部的细菌,病毒和小颗粒。

  囊性纤维化中的缺陷基因导致粘稠的粘稠粘液阻止运输。该基因产物称为CFTR,是一种将氯离子推过分泌上皮细胞细胞膜的微小通道。水与这些离子一起移动以润滑细胞外纤毛,从而润滑粘液。在囊性纤维化患者中,通道被破坏,因此纤毛和粘液不会被水合。

  UAB研究人员以及加拿大蒙特利尔麦吉尔大学和亚特兰大埃默里大学的同事通过抑制核糖体蛋白Rpl12和使用研究药物VX-809或Lumacaftor的累加效应恢复了氯离子通道。总之,这两种处理能够使CFTR氯化物转运至支气管上皮细胞中50%的正常活性。如果在患者中实现这一水平,则足以产生健康的肺功能。

  

  这项工作是发现患者新型治疗靶点的概念验证,使用酵母同源物进行全基因组基因相互作用分析。酵母和人类的共同祖先在大约10亿年前发生了分化,但是在一些酵母和人类基因对之间仍然存在足够的功能保守性,它们可以相互替代。

  “我们很好奇酵母遗传模型能够揭示与人类疾病相关的基因相互作用网络的程度”。哈特曼说。 “对于囊性纤维化,这种酵母表型组学方法似乎非常有用。”

  细节

  当一个人从他或她的母亲和父亲那里继承CFTR蛋白的功能失调副本时,就会发生囊性纤维化(CF),从而在该患者中产生两个突变。 CFTR代表CF跨膜电导调节剂,一种跨越细胞膜的ATP驱动的离子通道。最常见的CF突变ΔF508-CFTR是来自CFTR蛋白的一个苯丙氨酸氨基酸残基的缺失。该缺失干扰细胞内CFTR蛋白的正确折叠,导致新生多肽在内质网中降解。

  相关故事CRISPR技术创造了对免疫系统“看不见”的多能干细胞激活基因,帮助激发神经元逆转雄性小鼠的抑郁症EZH2突变可用作诊断不同类型癌症的标志物.Yeast与CFTR同源,称为YOR1,输出泵线粒体毒素寡霉素,使酵母对寡霉素有抗性。从进化的角度来看,YOR1与CFTR属于同一蛋白质家族,并且具有与人ΔF508-CFTR相当的突变,称为ΔF670-YOR1。 ΔF670-YOR1在酵母细胞中以与人肺细胞中的ΔF508-CFTR类似的方式错误折叠和降解。因此,将ΔF670-YOR1系统地引入约4,700种不同酵母菌株中的每一种中,每种酵母菌株在单一酵母基因中具有功能丧失。目的?找到拯救ΔF670-YOR1错误折叠的目标。

  ΔF670-YOR1功能是通过Hartman实验室开发的新技术检测到的寡霉素抗性变化来测量的 - mdash;定量高通量细胞阵列表型或Q-HTCP。该技术可同时收集数万条生长曲线,可精确,准确地定量所有4,700种突变体对寡霉素等抑制性处理的生长反应。

  在这些无偏倚的酵母研究中,许多基因,包括RPL12,被确定为可以恢复正常的ΔF670-YOR1折叠并防止内质网相关降解的潜在靶标,因此,通过类推,还可以拯救ΔF508-CFTR活性。基于酵母结果,使用小干扰RNA进行人CF细胞的实验以抑制相应靶蛋白的水平,特别是参与mRNA翻译的核糖体茎蛋白RPL12。这种对RPL12的抑制增加了ΔF508-CFTR在从携带ΔF508-CFTR的五个不同患者分离的原代支气管上皮细胞的顶端表面的质膜密度,功能和稳定性。

  抑制RPL12减慢了新生ΔF508-CFTR蛋白在核糖体表面的翻译延伸速率,这可以减少合成期间错误折叠的蛋白质的量。当RPL12抑制与小分子校正剂VX-809结合时,突变细胞中的CFTR功能增加至野生型水平的50%,远高于被认为对CF患者有益的30%阈值。 VX-809作为分子伴侣促进ΔF508-CFTR的折叠,但该药物在具有两个拷贝的ΔF508-CFTR突变的患者的临床试验中仅显示出适度的益处。

  总之,这项工作提供了第一个证据,即基于酵母研究可以鉴定人类患者的新治疗策略,并且将核糖体蛋白(Rpl12)与VX-809一起靶向可以将CFTR功能拯救至治疗相关水平。

  资料来源:阿拉巴马大学伯明翰分校

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