客观日本

日法多国联合查明基因突变引发脑萎缩的部分发病机制

2019年06月18日 生物医药
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日本东北医科药科大学医学部的广濑卓男助教与东北大学医学系研究科、冈山大学研究生院医齿药学综合研究科、法国法兰西公学院(Collège de France)、法国国家健康与医学研究院(INSERM)、法国国家科学研究中心(CNRS)、加拿大多伦多大学、美国南卡罗来纳医科大学以及黎巴嫩大学通过共同研究,明确了基因突变引发的新生儿脑萎缩的部分发病机制。包括脑神经疾病在内,此次的研究成果有助于理解受ATP6AP2控制的各类疾病的病情以及开发新的治疗方法。

相关研究成果已于2019年5月1日发布在国际专业期刊《The Journal of Clinical Investigation》上。

【研究背景】

日本的老龄化率超过25%,已经步入超老龄化社会,痴呆症和帕金森综合症等脑神经疾病成为严重的社会问题。但医学界对脑神经疾病以何种机制、在什么样的人身上何时发病等并不十分清楚。随着研究的进步,目前已经发现很多引发脑神经疾病的致病基因,目前正在研发治疗药物以及进一步探索致病基因。

另外,老年人往往更容易患脑血管疾病,因此年龄增长本身就被视为一种风险,研究认为,功能异常或者失去作用的蛋白质及废物未被分解,而是直接聚积在神经细胞内可能与脑血管疾病的发病有关。

ATP6AP2是一种受体蛋白,作为与血压调节和组织损伤密切相关的因子,由共同研究人员Guan博士等人于2002年发现。通过此前的研究已经知道,ATP6AP2附着在参与维持细胞器酸性环境的液泡型ATPase(V-ATPase)上,而且与组织的发育、再生和癌变有关。

此前有报告显示,在ATP6AP2发生基因突变的2个家族中,第四个外显子缺损的ATP6AP2蛋白(ATP6AP2Δe4)存在过表达,会引发家族性精神发育迟滞、癫痫或者家族性帕金森综合症等脑神经疾病。

【研究内容】

此次,研究小组发现了发生新的ATP6AP2基因突变(c.301-11_301-10delTT)的患者,具体表现为精神发育迟滞及出生后发生神经变性性脑萎缩。在这些患者中,ATP6AP2Δe4也存在过表达现象(图1)。不过,一直不清楚ATP6AP2Δe4参与脑神经疾病的详细机制。

日法多国联合查明基因突变引发脑萎缩的部分发病机制

图1:发生新的ATP6AP2基因突变(c.301-11 _301-10delTT)的患者,出生后发生脑萎缩(颅骨内的灰色和白色部分减少),在患者体内,第四个外显子缺损的ATP6AP2蛋白(ATP6AP2Δe4)过度表达。

研究小组通过发生新的ATP6AP2基因突变(c.301-11_301-10delTT)的患者培育了iPS细胞,并使其分化为神经细胞。观察发现,在ATP6AP2Δe4过表达的神经细胞(来自患者)中,发生了异常的神经细胞分化和细胞死亡。另外,通过使该神经细胞表达正常的ATP6AP2,抑制了异常分化和细胞死亡(图2)。

日法多国联合查明基因突变引发脑萎缩的部分发病机制

图2:利用源自ATP6AP2基因突变患者的iPS细胞进行解析

另外,研究小组为详细解析ATP6AP2基因的功能,利用大脑皮质特异性ATP6AP2基因缺陷小鼠,解析了ATP6AP2对中枢神经细胞的影响。在大脑皮质的发育过程中,ATP6AP2缺陷小鼠发生了中枢神经干细胞分化障碍和细胞死亡。而且在出生后第15天,大脑皮质消失(图3)。研究小组利用培养细胞进行解析发现,ATP6AP2负责调节V-ATPase的功能,在ATP6AP2Δe4中,V-ATPase的功能无法维持,所以发生了异常的神经细胞分化和细胞死亡。

日法多国联合查明基因突变引发脑萎缩的部分发病机制

图3:利用大脑皮质特异性ATP6AP2缺陷小鼠进行解析

【未来展望】

此次利用患者的iPS细胞、转基因小鼠和培养细胞进行研究发现,ATP6AP2主要负责调节V-ATPase的功能,是中枢神经细胞发育和存活必不可少的基因。

通过本次研究确认,V-ATPase的功能与脑神经疾病息息相关,不过V-ATPase本身存在于生物体的大部分细胞中,在分泌蛋白等的细胞内转运、骨骼的分解和再吸收以及尿的酸性化等方面发挥着重要作用。

今后有望利用此次的研究成果进一步加深对脑神经疾病的理解,不仅如此,还有助于理解受V-ATPase控制的各种疾病的病情及促进治疗方法的开发。

日文发布全文)

文:JST客观日本编辑部

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