深圳子科生物報(bào)道：密歇根大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員近日發(fā)現(xiàn)，TDP-43蛋白的積累導(dǎo)致肌萎縮性側(cè)索硬化癥患者神經(jīng)細(xì)胞中的RNA不穩(wěn)定性。這破壞了能量和蛋白質(zhì)的生產(chǎn)，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。這項(xiàng)成果發(fā)表在《Nature Communications》雜志上。

因著名物理學(xué)家霍金的緣故，大家對(duì)肌萎縮性側(cè)索硬化癥（ALS）或多或少有些了解。這是一種進(jìn)行性的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，其中負(fù)責(zé)控制隨意肌的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元逐漸退化并死亡，導(dǎo)致肌肉萎縮，身體虛弱。

同時(shí)，幾乎一半的ALS患者會(huì)經(jīng)歷嚴(yán)重的認(rèn)知改變，如行為沖動(dòng)和語(yǔ)言障礙，類(lèi)似于額顳葉癡呆（FTD）患者。FTD包括一組影響大腦額葉和顳葉的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，這些區(qū)域往往與性格、行為和語(yǔ)言有關(guān)。

此外，ALS和FTD還有一個(gè)共同的特征，那就是TDP-43蛋白的積累。這是一種廣泛表達(dá)的核蛋白，通常在神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)結(jié)合并穩(wěn)定RNA。不過(guò)，研究人員仍不清楚這兩種疾病中的RNA穩(wěn)定性是否受到影響。

為此，密歇根大學(xué)醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)學(xué)家Sami Barmada博士率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，采用Bru-seq和BruChase-seq這兩種新穎的技術(shù)，以分析ALS患者細(xì)胞中RNA分子的產(chǎn)生和穩(wěn)定性。其實(shí)，這兩種技術(shù)也是由這個(gè)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的。

研究人員利用溴尿核苷來(lái)標(biāo)記新生的RNA。在標(biāo)記30分鐘后，他們分離出RNA，并檢測(cè)新生RNA的生成位點(diǎn)。此過(guò)程被稱(chēng)為Bru-Seq。同時(shí)，他們?cè)?小時(shí)內(nèi)通過(guò)帶有尿苷的洗滌劑來(lái)追蹤溴尿核苷，因?yàn)槟蜍湛梢匀コ律鶵NA。這被稱(chēng)為BruChase-seq。通過(guò)這種方式，他們可以了解RNA的產(chǎn)生和降解。

結(jié)果表明，對(duì)于能量和蛋白質(zhì)生產(chǎn)所涉及到的信號(hào)通路，相關(guān)的RNA分子（如線粒體RNA和核糖體RNA）穩(wěn)定性出現(xiàn)嚴(yán)重異常。值得注意的是，在過(guò)表達(dá)TDP-43的細(xì)胞中，研究人員也觀察到同樣的趨勢(shì)。他們還分析了ALS和FTD患者的尸體樣本，發(fā)現(xiàn)結(jié)果同樣適用。

為了確定這些結(jié)果的功能影響，研究人員還利用各種方法測(cè)定了ALS患者的線粒體和核糖體活性。首先，他們利用活細(xì)胞顯微鏡觀察了線粒體的形態(tài)。然后，他們利用安捷倫的Seahorse XFe96細(xì)胞能量代謝分析儀來(lái)分析對(duì)照和ALS細(xì)胞中的線粒體呼吸鏈功能。結(jié)果表明，這些細(xì)胞在能量上非常脆弱，不能維持能量生產(chǎn)。

Barmada博士及其同事認(rèn)為，TDP-43在神經(jīng)細(xì)胞中的積累導(dǎo)致了RNA的不穩(wěn)定性，這可能會(huì)破壞能量和蛋白質(zhì)生產(chǎn)中的重要機(jī)制，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。這些結(jié)果有助于開(kāi)發(fā)新的治療策略，以恢復(fù)這些疾病中的RNA穩(wěn)定性。

“通過(guò)我們的觀察，這些數(shù)據(jù)證明旨在恢復(fù)RNA穩(wěn)態(tài)的治療策略是大有希望的。我們預(yù)計(jì)，這些策略如果成功，不僅可以改善RNA穩(wěn)態(tài)，還可以防止神經(jīng)元丟失和蛋白質(zhì)沉積，這些都是ALS、FTD及相關(guān)神經(jīng)退行性疾病的標(biāo)志，”作者在文中寫(xiě)道。（生物通 薄荷）

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Abnormal RNA stability in amyotrophic lateral sclerosis
Nature Communications volume 9, Article number: 2845 (2018)