C9ORF72基因中的GGGGCC 24+六核苷酸重复膨胀(HRE)是肌萎缩性侧向硬化症(ALS)和额颞痴呆(FTD)最常见的遗传学原因(ALS),致命的神经退行性疾病,没有治疗或不接受疾病的疾病疾病的疾病降低或不得已。神经元死亡的机械基础包括C9orf72单倍依耐酸,核中RNA结合蛋白的隔离以及二肽重复蛋白的产生。在这里,我们使用了腺相关的病毒载体系统来提供CRISPR/CAS9基因编辑机构,以实现从C9ORF72基因组基因座中移除HRE。我们证明了三种含有膨胀的小鼠模型(500 - 600重复)以及患者来源的IPSC运动神经元和脑类动物(450重复)的三种小鼠模型(450个重复)中HRE的成功切除。这导致了RNA焦点,多二肽和单倍耐酸的降低,这是C9-ALS/FTD的主要标志,这使得这是这些疾病的有前途的治疗方法。
C9ORF72 基因内含子 1 中的六个核苷酸重复扩增是影响肌萎缩侧索硬化症和额颞叶痴呆症患者的最常见的基因突变。重复扩增的双向转录会产生正义和反义重复 RNA,这些 RNA 随后可以在所有阅读框架中翻译,从而产生具有独特末端的六种不同的二肽重复 (DPR) 蛋白。这些蛋白质在 C9ORF72 重复扩增中的准确翻译起始位点仍然难以捉摸。我们使用 CRISPR-Cas9 基因组编辑和空间阻断反义寡核苷酸 (ASO) 研究反义重复 RNA 中的不同 AUG 密码子对 C9ORF72 扩增载体运动神经元和淋巴母细胞中 DPR 蛋白、poly(GP) 和 poly(PR) 产生的贡献。然后,我们利用针对 C9ORF72 正义重复 RNA 的 ASO 来检查正义或反义 RNA 是否是 poly(GP) 蛋白的主要来源 - 这个问题存在相互矛盾的证据。我们发现这些 ASO 减少了预期的正义 RNA 靶标,但也减少了反义 RNA,从而阻止了 poly(PR) 的产生。我们的数据强调了反义 CCCCGG 重复扩增之前的序列对于反义 DPR 蛋白合成的重要性,并支持使用正义 C9ORF72 ASO 来防止正义和反义依赖性 DPR 蛋白在 C9ORF72 ALS/FTD 中的积累。
C9ORF72基因中的突变是肌萎缩性侧索硬化症(ALS)的最常见原因。已经提出了功能的毒性增益和功能致病机制的丧失。从小鼠敲除研究中获得的证据表明C9orf72是免疫功能的调节剂。为了进一步了解其细胞功能,我们在缺乏C9ORF72的人髓样细胞中进行了全基因组的合成CRISPR筛查。我们发现C9orf72和Fis1之间存在强大的合成遗传相互作用,该遗传相互作用编码了与线粒体裂变和线粒体有关的线粒体膜蛋白。质谱实验表明,在C9ORF72基因敲除细胞中,FIS1与一类免疫调节剂结合,这些免疫调节剂激活受体以进行晚期糖基末端(RAGE)产物和触发炎症级联反应。这些发现提出了C9ORF72的新型遗传相互作用,并提出了FIS1在不存在C9ORF72的情况下抑制炎症信号传导的补偿性作用。
神经退行性疾病的治疗方法仍然相当有限,包括额颞叶痴呆 (FTD) 和肌萎缩侧索硬化症 (ALS),这强调了对更深入的机制洞察和疾病相关模型的需求。开发传统的敲除和转基因小鼠需要大量的时间和资金,这阻碍了我们开发遗传风险因素、疾病修饰剂和其他 FTD/ALS 相关靶点的新型疾病模型的能力。为了克服这些限制,我们生成了一种新型 CRISPRi 干扰 (CRISPRi) 敲入小鼠。CRISPRi 使用催化死亡形式的 Cas9,与转录阻遏物融合以敲低蛋白质表达,然后引入针对目的基因的单个引导 RNA。为了验证该模型的实用性,我们选择了 TAR DNA 结合蛋白 (TDP-43) 剪接靶点 stathmin-2 (STMN2)。由于 TDP-43 活性丧失,STMN2 RNA 在 FTD/ALS 中下调,并且 STMN2 缺失被认为在 ALS 发病机制中发挥作用。STMN2 功能丧失与 FTD 的关系尚未确定。我们发现与对照组相比,家族性 FTD 病例中的 STMN2 蛋白水平显著降低,这表明 STMN2 耗竭可能与 FTD 的发病机制有关。在这里,我们提供了概念证明,即我们可以同时敲低 Stmn2 并表达 9 号染色体开放阅读框 72 ( C9ORF72 ) 基因中的扩增重复序列,成功复制 C9 相关病理的特征。有趣的是,Stmn2 的耗竭对二肽重复蛋白 (DPR) 的表达或沉积没有影响,但显著减少了磷酸化 Tdp-43 (pTdp-43) 内含物的数量。我们认为,我们的新型 CRISPRi 小鼠提供了一种多功能且快速的方法来沉默体内基因表达,并提出该模型将有助于了解孤立基因的功能或在其他神经退行性疾病模型的背景下的基因功能。
设计。我们为所有实验设置了阳性和阴性对照,并根据阳性和阴性对照的表现包括或排除数据点。我们使用 SPSS 来评估数据是否符合统计方法的假设,如果假设不满足,我们将调整为其他统计方法。生物复制是对生物学上不同的样本进行平行测量以捕获随机的生物学变异,这与技术复制不同,技术复制是对同一样本进行重复测量,代表多个独立测量。在免疫印迹、Southern 印迹和 GUIDE-seq 测定中,重复次数是指独立的细胞培养。对于体内和体外 RNA 焦点测量,重复次数是指
摘要自发现C9ORF72重复扩张是额颞痴呆(FTD)和肌萎缩性侧面硬化症的最常见遗传原因,它越来越多地与更广泛的表型相关,包括其他类型的痴呆,运动障碍,运动障碍,精神病,精神症状和缓慢的进步FTD。鉴于即将进行的临床试验,对C9ORF72相关疾病患者的迅速识别至关重要。与C9orf72重复扩张相关的引人注目的临床异质性在很大程度上无法解释。与其他重复扩张障碍相比,重复长度对表型的影响的证据尚无定论。患有C9ORF72相关疾病的患者通常具有很长的重复扩张,其中包含数百至数千个GGGGCC重复,但较小的扩张也可能具有临床意义。重复扩展导致神经变性的确切阈值未知,实验室之间的不一致的截止值为遗传咨询带来挑战。精确且大规模的重复扩展测量受到技术困难的尺寸,并在整个组织内和组织内部的重复长度变化。新颖的长阅读测序方法产生了有希望的结果,并开放了途径,以进一步研究这种令人着迷的重复扩展,阐明其长度,纯度和甲基化模式是否可能调节C9ORF72-相关疾病的临床特征。
方法和结果:使用 DNA DSB 修复分析,我们评估了特定修复途径的效率,发现 PR、GR 和 GA 降低了非同源末端连接 (NHEJ)、单链退火 (SSA) 和微同源介导的末端连接 (MMEJ) 的效率,但不降低同源重组 (HR)。我们发现 PR 部分通过与核仁蛋白核磷蛋白 (NPM1) 结合来抑制 DNA DSB 修复。NPM1 的消耗会抑制 NHEJ 和 SSA,这表明 PR 表达细胞中 NPM1 的功能丧失会导致非同源和同源定向 DNA DSB 修复途径受阻。通过删除 NPM1 亚细胞定位信号,我们发现 PR 会结合 NPM1,无论 NPM1 指向哪个细胞区室。删除已知可与其他富含精氨酸的蛋白质结合的 NPM1 酸性环基序可消除 PR 和 NPM1 结合。使用共聚焦和超分辨率免疫荧光显微镜,我们发现 RAD52(SSA 修复机制的一个组成部分)的水平相对于使用 CRISPR/Cas9 基因组编辑删除了 C9ORF72 扩增的同源对照显著增加 iPSC 神经元。对死后脑组织的 Western 分析证实,与对照相比,C9ALS/FTD 样本中的 RAD52 免疫反应性显著增加。
