追查亨廷頓舞蹈病背後的蛋白質相互作用

大規模基因和蛋白質篩選發現了治療這種使人衰弱的神經退行性疾病的幾個可能靶點

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對人類基因組和蛋白質組(細胞中表達的蛋白質)進行高通量篩選,使科學家能夠識別出200多種直接受亨廷頓蛋白突變影響的蛋白質,已知亨廷頓蛋白突變是亨廷頓舞蹈病的病因。

正常亨廷頓蛋白的實際功能尚不清楚,但據信它參與胚胎髮育。然而,在其突變形式中,它的氨基酸會延長,導致蛋白質錯誤摺疊,可能導致與它所處神經系統細胞中的其他蛋白質發生異常相互作用。

這種細胞紊亂導致無法治癒的亨廷頓舞蹈病,該病可能影響美國多達20萬人。這種神經退行性疾病通常在中年發病,其特徵是痴呆、運動控制喪失,最終死於心力衰竭、感染或窒息——通常在首發症狀出現後約10至15年。亨廷頓病患者的子女有50%的機率遺傳編碼異常配置蛋白質的基因。


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由加利福尼亞州諾瓦託市巴克衰老研究所專門研究衰老遺傳學的助理教授羅伯特·休斯領導的一個團隊,使用了兩種不同的篩選方法來確定哪些蛋白質可能直接受到突變亨廷頓蛋白的影響。第一種方法稱為酵母雙雜交篩選,它使用酵母細胞作為一種裝置,其中表達兩種不同的蛋白質——亨廷頓蛋白和另一種蛋白質,另一種蛋白質取自人類和小鼠的腦組織和肌肉組織。如果存在相互作用,酵母細胞的生長將表明這一點。在酵母細胞中也表達的報告基因也可以幫助量化它們對話的相對強度。第二種方法,親和下拉後質譜分析,採用純化的亨廷頓蛋白作為誘餌。當與其他蛋白質一起孵育時,那些與標記誘餌相互作用的蛋白質會被分離出來,並透過其離子化碎片的質量進行鑑定。

總共篩選了超過3500種蛋白質,結果發現有234種蛋白質與亨廷頓蛋白相關。“它似乎確實是一種蛋白質,當發生突變時,會擾亂細胞的許多不同部分,”休斯說。他指出,已確定的234種蛋白質控制著從神經遞質的釋放和儲存到細胞結構以及細胞中蛋白質合成量的所有方面。

“然後我們面臨的任務是找出這些蛋白質是否與亨廷頓舞蹈病有關,”休斯解釋說。

因此,該團隊隨意選擇了這60種蛋白質,在果蠅果蠅模型中進行測試。在果蠅中,與人類亨廷頓蛋白相對應的蛋白質,當發生突變時,會導致眼睛的神經退行性變。表達突變亨廷頓蛋白類似物的果蠅與攜帶60種選定蛋白質之一突變的果蠅交配,以確定第二種蛋白質的變化是否加劇或緩解了眼睛的功能。休斯說,使用這種方法,他和他的同事確定“我們測試的基因中有30%可以充當增強劑或抑制劑。”(他指出,通常,隨機篩選將確保找到基因關聯的可能性約為1%或2%。)“特別是,我們報告了17個功能喪失抑制劑,”他繼續說道——抑制劑是“一種基因或蛋白質,如果你降低它的活性,那將導致疾病表型的改善。”

華盛頓大學實驗室醫學副教授阿爾·拉·斯帕達說,本週發表在PLoS Genetics雜誌上的這項研究,“是開始一系列調查的起點,目的是達到那個非常重要的目標,即提出有意義的療法”來幫助治療亨廷頓病造成的損害。他補充說,該資料集可以納入其他正在進行的研究,例如一項廣泛的嘗試,試圖將疾病進展的修飾因子與基因組中的染色體區域聯絡起來。休斯表示,就他而言,這項研究“提供了一份候選蛋白質列表,需要進一步檢查以開發候選治療靶點。”

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