​STM｜改善神经退行性疾病病变的新策略——细胞可渗透性多肽阻止C9ORF72重复性扩展转录本的核输出

撰文丨十一月

C9ORF72的六核苷酸GGGGCC重复扩增是家族性脊髓侧索硬化症（Amyotrophic lateral sclerosis，ALS）以及额颞叶痴呆（Frontotemporal dementia，FTD）最常见的遗传致病因素【1】。六核苷酸重复扩展会导致C9ORF72转录本翻译成为具有毒性二肽重复蛋白DPRs（Dipeptide repeat proteins），造成神经变性。如何阻止这一过程的发生成为了可能改善神经退行性疾病的药物开发策略之一。为此，英国谢菲尔德大学 Guillaume M.Hautbergue研究组在Science Translational Medicine发文题为A cell-penetrant peptide blocking C9ORF72-repeat RNA nuclear export reduces the neurotoxic effects of dipeptide repeart proteins，发现细胞可渗透性多肽CPP能够竞争性地与SRSF1以及NXF1相互作用，从而阻止C9ORF72重复性扩展转录本的核输出，降低具有神经毒性的DPRs的翻译，挽救运动神经元的存活，为神经退行性疾病的治疗提出了新的可能性。

该研究组最近的研究表明SRSF1结合在六核苷酸重复RNA上与NXF1相互作用促进C9ORF72转录本的核输出，随后RAN翻译成为具有胞质毒性的DPRs【2】。但目前还没有行之有效治疗ALS或者FTD的药物。生物多肽与细胞转导信号结构域相结合促进胞内递送的方法为临床药物提供了潜在的运输可能性。细胞可渗透性多肽CPPs对于哺乳动物细胞具有特异性靶向作用，是行之有效的分子工具【3-4】。

为了实现阻滞C9ORF72的六核苷酸GGGGCC重复扩增转录本的核输出，作者们首先希望建立可能的CPPs。先前的研究曾经发现SRSF1中RNA识别基序中存在四个关键性位点调节与NXF1之间的相互作用，因此作者们试图引入可以占据NXF1结合位点的最小CPP，能够竞争性地结合SRSF1-NXF1（图1）。作者们构建了野生型WT-CPP以及四个关键位点突变型m4-CPP，WT-CPP能够以剂量依赖型方式直接结合NXF1，而在突变了四个关键位点后与NXF1的结合则显著减弱。

图1抑制SRSF1与NXF1相互作用的合成CPP

接下来，作者们想检测WT-CPP对于SRSF1:NXF1的抑制能否抑制C9ORF72重复扩展转录本的核输出。作者们发现在加入WT-CPP后，C9ORF72重复扩展转录本以WT-CPP剂量依赖的方式显著降低，RAN依赖的翻译也会显著降低，对HEK293T细胞起到保护作用。

为了对CPP在神经元中的作用进行检测，作者们对大鼠皮层神经元进行了培养，并加入了WT-CPP。作者们发现WT-CPP能够有效释放到胞内，且SRSF1-CPP能够抑制大鼠原代神经元中RNA翻译，但相较于HEK293T来说所需要的CPP浓度要更高一些。这一结果说明CPP在体应用于治疗C9ORF72重复扩展导致的ALS/FTD的可能性。进一步地，作者们在C9ORF72重复扩展导致的ALS/FTD的病人来源的运动神经元中施用CPP，证实了CPP能够对的ALS病人来源的诱导神经元起到神经保护作用，增加运动神经元的存活率。

进一步地，作者们尝试在C9ORF72介导的ALS/FTD突变体果蝇模型中对CPP的效果进行检测。通过在食物中加入CPP，能够显著降低DPR的翻译并挽救ALS/FTD突变体果蝇的运动缺陷（图2）。随后，作者们将该细胞通透性多肽注射到携带C9ORF72突变的ALS/FTD小鼠的大脑中，会促进小鼠大脑中DPRs的表达减少。

图2 CPP在体内抑制DPRs的RAN翻译

总的来说，作者们通过人工合成细胞通透性的多肽CPP，能够通过竞争性结合SRSF1:NXF1阻止病理性C9ORF72重复RNA的核输出，减少具有细胞毒性的二肽重复蛋白DPRs的产生，挽救果蝇和小鼠ALS/FTD模型的运动缺陷。该结果说明CPP可能会成为改善神经退行性疾病病变的一种新策略。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.abo3823

制版人：十一

参考文献

1. M. DeJesus-Hernandez, I. R. Mackenzie, B. F. Boeve, A. L. Boxer, M. Baker, N. J. Rutherford, A. M. Nicholson, N. A. Finch, H. Flynn, J. Adamson, N. Kouri, A. Wojtas, P. Sengdy, G.-Y. R. Hsiung, A. Karydas, W. W. Seeley, K. A. Josephs, G. Coppola, D. H. Geschwind, Z. K. Wszolek, H. Feldman, D. S. Knopman, R. C. Petersen, B. L. Miller, D. W. Dickson, K. B. Boylan, N. R. Graff-Radford, R. Rademakers, Expanded GGGGCC hexanucleotide repeat in noncoding region of C9ORF72 causes chromosome 9p-linked FTD and ALS. Neuron 72, 245–256 (2011).

2. G. M. Hautbergue, L. M. Castelli, L. Ferraiuolo, A. Sanchez-Martinez, J. Cooper-Knock, A. Higginbottom, Y.-H. Lin, C. S. Bauer, J. E. Dodd, M. A. Myszczynska, S. M. Alam, P. Garneret, J. S. Chandran, E. Karyka, M. J. Stopford, E. F. Smith, J. Kirby, K. Meyer, B. K. Kaspar, A. M. Isaacs, S. F. El-Khamisy, K. J. De Vos, K. Ning, M. Azzouz, A. J. Whitworth, P. J. Shaw, SRSF1-dependent nuclear export inhibition of C9ORF72 repeat transcripts prevents neurodegeneration and associated motor deficits. Nat. Commun. 8, 16063 (2017).

3. I. E. Gallouzi, J. A. Steitz, Delineation of mRNA export pathways by the use of cell-permeable peptides. Science 294, 1895–1901 (2001).

4. G. M. Hautbergue, M.-L. Hung, A. P. Golovanov, L.-Y. Lian, S. A. Wilson, Mutually exclusive interactions drive handover of mRNA from export adaptors to TAP. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 5154–5159 (2008).

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