研究人员发现了家族性和散发性ALS常见的细胞缺陷

来自巴尔的摩约翰霍普金斯大学医学院的Jeffrey Rothstein医学博士领导的研究小组利用渐冻症患者来源的细胞库，从患者培养的细胞中开发出诱导多能干细胞(iPSC)来源的神经元，以发现一个共同缺陷，无论细胞来自遗传性或非遗传性渐冻症患者。他们报告说，在渐冻症神经细胞中，在培养的神经细胞的细胞核中，以及在控制运动的大脑区域的渐冻症样本中，都有一种名为CHMP7的蛋白质的积累。减少培养细胞中CHMP7数量的治疗可以防止ALS的一系列特征异常。

NINDS项目主任Amelie Gubitz博士说:“人们对确定ALS的新治疗靶点有相当大的兴趣，特别是对散发性疾病。”“像这里展示的这样的基因靶向策略，现在让我们从生物学发现直接转向治疗发展。”

这项研究建立在罗斯坦实验室早期的一篇论文该研究着眼于ALS最常见的遗传原因，即C9orf72基因突变(也称为“C9突变”)。在那里，他们发现C9突变在一种叫做核孔的结构中产生了缺陷，这种结构负责将蛋白质和其他分子移进和移出细胞核。具体来说，他们发现毛孔中缺乏某些蛋白质，导致整个毛孔断裂的多米诺骨牌效应。

“我们从之前的工作中知道，C9突变会在核孔中产生缺陷，但我们不知道原因，”罗斯坦博士说。“在这里，我们开始通过研究来自ALS患者细胞的神经元来回答孔隙缺陷上游发生了什么问题。”

具体来说，研究人员观察了从诱导多能干细胞(iPSCs)中生长出来的神经细胞，iPSCs是一种可以从人体皮肤或血液样本中培养出来的干细胞。这些细胞的行为与其他干细胞非常相似，因为它们可以在实验室环境中转化为许多不同类型的细胞，包括神经细胞。通过与由Rothstein运营的全国ALS生物学数据和iPSC项目Answer ALS合作，研究人员能够获得来自家族性和散发性ALS患者的iPSCs。

“iPSCs的一大优势是，你可以用研究不同年龄动物模型的相同方式来观察不同的时间，”罗斯坦博士说。“我们知道核孔开始退化的时间点，我们能够在更早的时候研究神经元，看看原因是什么。”

他们发现CHMP7在细胞核内的积累至少发生在核孔异常发生的一周之前。通常情况下，CHMP7一旦进入细胞核就会被迅速移除，但在C9和散发性ALS ipsc衍生神经元中，CHMP7的积累持续存在。如果使用一种反义寡核苷酸药物(阻止细胞制造特定蛋白质)来减少ALS神经元内CHMP7的数量，孔隙就不会退化。最后，如果将一种不能从细胞核中去除的CHMP7突变形式添加到健康神经元中，孔隙就会退化，就像在ALS神经元中看到的那样，这表明神经元细胞核中CHMP7的存在可能是疾病发展的关键事件。

所有形式的ALS常见的一种异常是另一种蛋白质TDP-43的错位。TDP-43通常存在于细胞核中，在ALS中泄漏到周围的细胞质中，在那里它聚集成聚集物，导致各种类型的RNA功能变化的丧失，这些RNA对于某些基因翻译成蛋白质至关重要。最终，这也在来自C9和散发性ALS患者的ipsc来源的神经元中看到。用反义寡核苷酸处理CHMP7后，TDP-43的错定位不再出现，RNA缺陷全部得到纠正。

罗斯坦博士说:“这些发现使我们能够将这些异常按顺序排列，CHMP7在细胞核中的积累导致核孔损伤，随后是TDP-43定位错误，最终导致细胞死亡。”“这不仅局限于C9突变;它也是散发性渐冻症的一个基本途径，可以用CHMP7的反义寡核苷酸治疗。”

罗斯坦博士的实验室目前正在研究反义寡核苷酸药物是否可以开发成C9和散发性ALS患者的治疗方法。他们还在继续研究CHMP7的初始积累，以确定是什么原因导致细胞核中的错位。

这项研究得到了美国国立卫生研究院(NS099114, NS091046, NS094239, NS122236)，美国国防部，罗伯特帕卡德ALS研究中心回答ALS计划，ALS协会，肌肉萎缩症协会，弗吉尼亚先生基金会，F Prime，陈扎克伯格倡议和ALSA Milton Safenowitz博士后奖学金的资助。