国家项目李晓江PLOS发表研究新成果

5月20日，国际著名遗传学期刊《PLOS Genetics》在线发表了来自中科院遗传与发育生物学研究所李晓江博士带领的一项研究成果。该研究表明，N末端的HTT区域对于发育中的神经元的生存，可能是至关重要的，但是当携带大量polyQ重复时，就可能导致选择性的神经病理学。这些结果指出了“通过去除包含polyQ重复的HTT N末端区域来治疗HD神经退化”的治疗益处。

　　

生物通报道：亨廷顿氏病(HD)蛋白——亨廷顿蛋白(HTT)，是一个由3144个氨基酸组成的大蛋白质，并具有保守的N端序列，接着是一段多聚谷氨酰胺(polyQ)重复。Htt缺失会导致小鼠的胚胎致死，而polyQ扩张可导致成人神经元变性。是否N末端HTT对于神经元发育必不可少，或者仅仅有助于晚发性神经退化，仍然是未知的。5月20日，国际著名遗传学期刊《PLOS Genetics》在线发表了来自中科院遗传与发育生物学研究所李晓江博士带领的一项研究成果，题为“N-terminal Huntingtin Knock-In Mice: Implications of Removing the N-terminal Region of Huntingtin for Therapy”。该研究表明，N末端的HTT区域对于发育中的神经元的生存，可能是至关重要的，但是当携带大量polyQ重复时，就可能导致选择性的神经病理学。这些结果指出了“通过去除包含polyQ重复的HTT N末端区域来治疗HD神经退化”的治疗益处。

中组部“****”、中科院遗传与发育生物学研究所分子发育生物学国家重点实验室的李晓江研究员带领的课题组组，主要研究方向是与年龄相关的神经退行性疾病分子机制，包括帕金森病、亨廷顿病、肌萎缩性侧索硬化症（ALS），使用各种转基因动物模型阐明这些疾病的发病机制；另外，该课题组组另一个研究方向是探讨中枢神经系统在出生后阶段是如何发育的。其早期研究发现Hap1——结合亨廷顿病蛋白的一个神经元蛋白，对于出生后发育非常关键。作为通讯作者或共同通讯作者，他的研究成果多次发表在PNAS、Cell Res、Hum Mol Genet、Neuron、JCB、Brain、JBC等国际知名期刊。相关阅读：****李晓江连发多篇权威期刊论文；中科院****PLOS解析抑郁症；中科院利用CRISPR/Cas9治疗人类疾病。

亨廷顿氏病(HD)是由HTT的N端区域中一个多聚谷氨酰胺扩张引起的。尽管这种蛋白质在大脑和身体中无处不在的表达，但是突变的HTT可导致大脑中的选择性神经元变性，特点是疾病早期阶段纹状体中神经元细胞的优先缺失，以及在后期疾病阶段中各种脑区发生广泛的神经退行性变。渐进性神经退行性变与HD中的晚发性神经症状是一致的，随着年龄的增长这变得越来越严重，并在症状出现后10至15年导致死亡。因此，依赖年龄的突变型HTT毒性，是HD的一个特点，理解这种毒性背后的机制，是开发有效的HD疗法的关键。

正常的HTT是由3144个氨基酸组成，被认为是一个支架蛋白，将其他许多蛋白质联系在一起，并参与多种细胞功能，包括细胞内各种蛋白质的运输。为了支持HTT的重要功能，敲除Htt基因可导致小鼠胚胎在胎龄8.5天的时候死亡。有趣的是，具有扩张的多聚谷氨酰胺的突变HTT，可挽救这种胚胎致死表型，从而说明多聚谷氨酰胺的扩张并不影响动物的早期发育，但会导致晚发性神经退化和神经系统症状。

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此外，polyQ结构域对于低物种似乎是不必要的。例如，在果蝇和玻璃海鞘中，polyQ延伸在HTT的N末端是缺乏的，而在鱼类、鸟类和两栖类中包含四个谷氨酰胺。富含脯氨酸的结构域(polyp)，跟随polyQ伸展，只存在于哺乳动物中。虽然polyP可能导致HTT的溶解，但是删除polyQ或富含脯氨酸的结构域，并不影响小鼠的发育。N末端的HTT片段可以通过蛋白水解作用和其他机制而生成。例如，外显子1 HTT是由HTT基因的异常剪接而产生的。重要的是，我们要调查，N末端HTT是否是哺乳动物早期发育或生存所必需的。

尽管来自各种HD小鼠模型的证据表明，多聚谷氨酰胺扩张会产生有毒的功能获得，但是，重要的问题仍有待解决。首先，我们知道，表达全长HTT的HD小鼠，N末端HTT聚合物优先聚集在小鼠纹状体中，但是这种纹状体积聚是否需要全长HTT的背景，仍不清楚。另一个重要问题是，N端HTT对于早期胚胎或动物的发育来说，是否是至关重要的。解决这个问题，对于理解HTT的功能，是特别至关重要的，因为大量的研究都集中在HTT的N端17种氨基酸，它们在不同的物种之间非常保守。

鉴于上面的重要问题，该研究小组构建了一个新的HD小鼠敲入模型，在内生小鼠启动子的控制下，该模型表达具有160Q的N端突变HTT(208个氨基酸)。这些杂合子小鼠表现出，突变HTT优先积聚在纹状体神经元中，并显示出年龄相关性的神经表型。此外，在缺乏全长小鼠Htt的情况下，N端HTT的表达不能拯救胚胎致死表型。相反，研究人员发现，缺乏N短区域(1 - 237个氨基酸)的HTT，能够修复培养神经元由于Htt缺失而造成的退化。这项研究表明，HTT的N端区域，对于发育中的神经元或神经元存活，并不是必要的，因此可以通过去除它们，来消除HD治疗中的polyQ毒性。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
N-terminal Huntingtin Knock-In Mice: Implications of Removing the N-terminal Region of Huntingtin for Therapy
Abstract: The Huntington’s disease (HD) protein, huntingtin (HTT), is a large protein consisting of 3144 amino acids and has conserved N-terminal sequences that are followed by a polyglutamine (polyQ) repeat. Loss of Htt is known to cause embryonic lethality in mice, whereas polyQ expansion leads to adult neuronal degeneration. Whether N-terminal HTT is essential for neuronal development or contributes only to late-onset neurodegeneration remains unknown. We established HTT knock-in mice (N160Q-KI) expressing the first 208 amino acids of HTT with 160Q, and they show age-dependent HTT aggregates in the brain and neurological phenotypes. Importantly, the N-terminal mutant HTT also preferentially accumulates in the striatum, the brain region most affected in HD, indicating the importance of N-terminal HTT in selective neuropathology. That said, homozygous N160Q-KI mice are also embryonic lethal, suggesting that N-terminal HTT alone is unable to support embryonic development. Using Htt knockout neurons, we found that loss of Htt selectively affects the survival of developing neuronal cells, but not astrocytes, in culture. This neuronal degeneration could be rescued by a truncated HTT lacking the first 237 amino acids, but not by N-terminal HTT (1–208 amino acids). Also, the rescue effect depends on the region in HTT known to be involved in intracellular trafficking. Thus, the N-terminal HTT region may not be essential for the survival of developing neurons, but when carrying a large polyQ repeat, can cause selective neuropathology. These findings imply a possible therapeutic benefit of removing the N-terminal region of HTT containing the polyQ repeat to treat the neurodegeneration in HD.