xiao的小组截短了抗肌萎缩蛋白基因序列中编码其表达蛋白的中间部位的一个长的系列的重复单元的基因片段,即从中去掉了一些重复的片段,有效的缩短了这一“弹簧”样结构而即使带着非常少的这样的重复单元,仍能显著地保持该蛋白的功能
这种最常见的遗传性疾病-营养不良型肌功能障碍或叫简称dmd-是一种x染色体连锁疾病从世界范围看,每3500名男孩中就有一名罹患此病该病通常在20岁之前引起肌肉瘫软乃至死亡对该病尚无有效的治疗方法缺乏抗肌萎缩蛋白的男孩,肌肉功能异常,先是累及区域不断扩大,进而,退化被脂肪及疤痕组织所替代逐渐全身肌肉功能丧失,最终死于心肌或呼吸肌功能丧失
在每个肌细胞内存在着一束束肌动蛋白和肌球蛋白丝它们一层层地堆积起来,肌动蛋白和肌球蛋白在一个平面内前后移动,这样造成肌肉的收缩抗肌萎缩蛋白在肌细胞膜与每一束可收缩的肌动蛋白和肌球蛋白间形成桥连抗肌萎缩蛋白像“弹簧”那样保证锚定在细胞内的肌动蛋白和肌球蛋白平滑和有效的移动
通过这项工作,研究人员们首次证实了使用最少量的抗肌萎缩蛋白基因可恢复肌功能所用的基因载体是经基因工程方法处理的腺相关病毒
通过保持肌肉细胞的完整性,抗肌萎缩蛋白也能防止周围的分子进入肌肉细胞来自dmd小鼠及人类患者的肌肉细胞表现出“渗漏性”增加,而这种“渗漏性”的增加可导致肌肉细胞死亡或被替换成脂肪和疤痕组织
匹斯堡大学分子遗传学及生物化学系主任、美国基因治疗学会副主席、哲学博士joseph glorioso说:“通过这项工作,xiao和他的实验室确实将aav载体在治疗dmd中的应用提高到了一个新的水平同时,他已经精确地揭示出抗肌萎缩蛋白基因产物的哪些组份对其在肌细胞膜上的定位和发挥功能活性是必须的这对既能适合于这种aav,又能纠正dmd小鼠模型的抗肌萎缩蛋白缺乏的新迷你型基因的设计是一项重要的成就”
用这些构建的迷你型基因治疗dmd小鼠出现稳定的抗肌萎缩蛋白,且该蛋白功能正常它们的肌肉不再呈像该病典型病例中所见的退化状态
xiao认为,基于许多原因,aav载体对临床基因治疗是理想的产生aav载体的病毒不会引起任何疾病,并且也不具繁殖能力;aav载体很容易制作并稳定;它能命中特定的组织并能长期进行基因表达;此外,它不会唤起所进入的细胞的免疫响应,而这种免疫响应已见诸于己于使用其他类型的病毒的基因治疗之中
该“弹簧” 结构显著地保持了其发挥功能所足够的柔韧性该抗肌萎缩蛋白的迷你基因中仍含有少量的表达这种重复系列的基因以保证使表达的蛋白一端在细胞膜上而另一端与肌动蛋白丝相连
哲学博士、匹兹堡大学分子遗传学及生物化学系助理教授xiao xiao说:“我们的研究显示我们能够用aav将功能性抗肌萎缩蛋白引入肌肉组织这为我们能将这种基因治疗策略用于更大的duchenne型肌营养不良动物模型甚至在几年内治疗人类患者带来了巨大的希望令我们兴奋的是看到用这种迷你型抗肌萎缩蛋白基因治疗的小鼠在治疗后的许多个月里,甚至在治疗后经剧烈运动,均未见像未经治疗的、缺乏抗肌萎缩蛋白的小鼠中,所见到的肌肉功能障碍现象
在美国每年有数以千计的美国男孩罹患duchenne型肌营养不良-一种灾难性的肌消耗性疾病美国匹斯堡大学的科学家们在动物中进行的对该疾病的基因治疗研究报道于2000年11月28日的美国国家科学院学报上该项研究在几个前沿领域里均引人注目他们设法缩减曾发现的最大的基因,将其最重要的组份包装到最小的、某些人认为是最安全的并曾用于基因治疗的病毒载体中
下一步,xiao的实验室将与其他研究人员合作在dmd狗身上进行用aav构建的迷你基因的试验其它已开始的研究包括dmd迷你基因全身给药的最佳方式的研究
许多年来,腺相关病毒事实上被许多研究人员所忽视,原因是他们错误地认为这些极小的微生物不能感染非分裂的细胞并且也只能携带很小的基因负载然而据xiao说,现在科学家们对aav的生物学性质感到非常振奋
尽管三种构建的迷你型基因在减少肌肉退化迹象上均有效,但其中一种在进入肌细胞方面表现最好
当注射到丧失天然产生抗肌萎缩蛋白能力的小鼠的小腿肌肉后,这种构建的“迷你型基因”导致功能性抗肌萎缩蛋白在几乎90%的被治疗的组织中表达抗肌萎缩蛋白的表达至少延续一年-该实验只进行了一年
据匹斯堡大学的研究人员说,最近在xiao的实验室中开发的这种迷你型基因aav和新技术也能适用于涉及超常大的基因的其它遗传性疾病
肌营养失调有限公司的家长项目主席pat furlong说:“这一消息使我们向着切实帮助这些患儿治疗这种疾病迈进了一步”该项目为这项研究提供了部分经费
抗肌萎缩蛋白在保持全身肌肉功能的完整性方面起关键作用
这项研究主要是由研究合作者哲学博士、医学博士bing wang和高级研究合作者、医学博士juan li完成的wang和 li用三种构建的迷你基因之一治疗dmd小鼠每种构建的迷你基因均含整个抗肌萎缩蛋白基因的删节版本基于在其它大学实验室所进行的一些研究结果,xiao的研究小组选择了某些已知能产生该蛋白发挥其功能的关键区域的,抗肌萎缩蛋白基因片段
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