一种常见智力残疾--脆性X染色体综合征转录组层面研究取得新进展

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2016年12月21日 来源:中国科学

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  近期,同济大学医学院薛志刚、范国平联合课题组以及江赐忠课题组的合作研究成果发表于SCIENCE CHINA Life Sciences(《中国科学:生命科学》英文版)2016年第11期,该研究首次从转录组水平揭示了脆性X染色体综合征神经发育异常的机制。

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近期,同济大学医学院薛志刚、范国平联合课题组以及江赐忠课题组的合作研究成果发表于SCIENCE CHINA Life Sciences(《中国科学:生命科学》英文版)2016年第11期,该研究首次从转录组水平揭示了脆性X染色体综合征神经发育异常的机制。

脆性X染色体综合征(fragile X syndrome, FXS)是一类极为常见的X染色体连锁的智力残疾(X-linked intellectual disability, XLID),因患者的X染色体在显微镜下呈现缢痕的脆性位点(fragile site)而得名。目前公认脆性位点上的FMR1基因是FXS的关键致病基因。正常人的FMR1基因启动子只有约30个CGG三核苷酸重复,但在FXS患者中则超过200个。高重复的CGG造成FMR1启动子的甲基化水平升高,进而引起组蛋白修饰改变,最终导致FMR1基因沉默。在细胞质中,FMR1基因编码的蛋白FMRP能够选择性结合mRNA翻译进程中的多聚核糖体,从而抑制mRNA翻译。受FMRP抑制的蛋白包括mGluR5、NMDAR、多种细胞骨架蛋白以及ERK通路和mTORC1通路下游的多种因子。但不容忽视的是,FMRP也抑制很多转录因子的表达,同时5%的FMRP在细胞核中,说明FMRP有可能直接或间接地参与了转录调控。然而对FMRP参与转录调控的机制仍然缺乏高通量和高分辨率的研究结果。

为了解决这个科学难题,陆平等研究人员以诱导多功能干细胞(iPSC)为模型,比较和分析了正常人和FXS患者来源的iPSC(FXS-iPSC)在体外定向分化为神经元各阶段的转录组动态变化情况。为了克服样本量的问题,他们也同时整合分析了其他研究团队的数据。通过生物信息学分析,他们发现WNT1、BMP4和POU3F4等神经分化相关的转录因子在FXS-iPSC分化得到的神经元中异常高表达;与神经元功能密切相关的KCNA1、KCNC3和KCNG2等钾离子通道蛋白异常低表达;而SHANK1和NNAT这两个与神经系统发育相关的重要蛋白在时序上的表达也出现紊乱。这表明FXS-iPSC分化得到的神经元不成熟,而且不具备完善的神经元功能。该研究证实了FMRP的缺失可以引起FXS患者神经系统发育过程中整个基因调控网络的失衡,同时发现了可能用于治疗FXS的新的靶标分子。后续研究将在细胞和动物模型中进一步验证这些新发现的基因与FXS各种临床症状之间的联系。

FXS-iPSC来源的神经元中特异上调或下调的四类基因

该项研究得到了国家自然科学基金委、科技部重大科学研究计划、教育部留学回国人员科研启动基金、上海市卫计委和江苏省科技计划的资助。

论文信息:
Lu, P., Chen, X., Feng, Y.,Zeng, Q., Jiang, C., Zhu, X., Fan, G., and Xue, Z. (2016). Integrated transcriptome analysis of human iPS cells derived from a fragile X syndrome patient during neuronal differentiation. Sci China Life Sci. doi: 10.1007/s11427-016-0194-6

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