基因编辑:让细胞“华丽转型再就业”

青光眼和帕金森病是由神经元细胞死亡引起的两种常见神经退行性疾病,对人类健康构成极大威胁。据统计,全球有1000多万人因青光眼视神经节细胞死亡而失明。全球近1000万帕金森病患者中有一半在中国。中国科学家几天前取得的一项重要成就为包括这两种疾病在内的神经退行性疾病的治疗提供了新的思路。

中国科学院脑科学与智能技术研究中心(神经科学研究所)、上海脑科学与类脑研究中心和神经科学国家重点实验室的杨辉研究团队,利用新开发的靶向CRISPR系统CasRx的核糖核酸,敲除了视网膜Muller神经胶质细胞中Ptbp1基因的特异表达,首次实现了成年人视神经节细胞的再生,使永久性视力损伤的模型小鼠“重见光明”;同时,证明该技术可以将纹状体内的星形胶质细胞转化为多巴胺神经元,并基本消除帕金森病小鼠的相关症状。相关结果已于4月8日在Cell上发布。

人类神经系统包含数百种不同类型的神经元细胞。在成熟的神经系统中,神经元通常不会再生。一旦死亡,它们就是永久的。

在神经退行性疾病中,由视神经神经节细胞死亡引起的永久性失明和由多巴胺神经元死亡引起的帕金森病是两种特殊类型。如何在成人中再生这两种特殊类型的神经元,并找到治疗方法,一直是许多科学家努力的方向。

在这项研究中,研究人员首次筛选出能够有效抑制Ptbp1在体外细胞系中表达的gRNA,并设计了一种特异性标记Muller神经胶质细胞并在Muller神经胶质细胞中表达CasRx的系统。所有元件在AAV以双质粒系统的形式包装,并在视网膜下注射以特异性下调成年小鼠穆勒胶质细胞中的Ptbp1基因表达。研究表明,在视网膜视神经节细胞层中发现了从穆勒胶质细胞转分化而来的视神经节细胞。这些“转化”的视神经节细胞不仅能像正常细胞一样产生相应的电信号来进行光刺激,还能通过视神经与大脑中正确的大脑区域建立功能联系,并将视觉信号传递给大脑。换句话说,在视神经节细胞损伤的小鼠模型中,经转分化的视神经细胞可以使具有永久性视觉损伤的小鼠重新建立对光的敏感性。

为了进一步探索Ptbp1介导的神经胶质细胞向神经元转分化的治疗潜力,研究人员已经证明该策略还可以非常高效地特异性地将纹状体中的星形胶质细胞转分化为多巴胺神经元,并且已经证明转分化的多巴胺神经元可以表现出与黑质中的多巴胺神经元相似的特征。在行为测试中,研究人员发现纹状体中星形胶质细胞“华丽转化”产生的这些多巴胺神经元的“再利用”是成功的——它可以弥补黑质中缺失的多巴胺神经元的功能,从而将帕金森模型小鼠的运动障碍逆转到接近正常小鼠的水平。

专家认为,本研究利用核糖核酸靶向CRISPR系统,通过体内细胞命运分化,为相关疾病的治疗提供案例和新思路。

至于研究成果是否真的能应用于人类疾病的治疗,杨辉说:“在临床试验之前,我们将进行灵长类动物实验,研究团队还有很多工作要做。”

在团队合作方面,擅长基因编辑的杨辉坦言,“这一成就归功于神经病学良好的团队合作氛围,这与其他实验室在神经病学方面的技术支持是分不开的。"

中国科学院院士、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心主任蒲慕明表示,尽管这种工作模式仍处于以一个实验室为主开展工作、其他实验室为其提出的问题提供特殊技术支持的阶段,但“专注于联合研究已经是解决生物和转化问题的必要途径和趋势,因为很少有实验室能够拥有完全解决问题所需的技术和专长。”

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.03.024

标题:基因编辑:让细胞“华丽转型再就业”

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