科研赋能丨云舟生物助力意大利帕瓦多大学发现突变亨廷顿蛋白毒性的抑制分子
由意大利帕瓦多大学分子医学系Giorgia Maria Ferlazzo等人组成的研究团队，利用全基因组筛选的方法，成功识别出金属调控转录因子1（Metal response element binding transcription factor 1 ，Mtf1）是突变亨廷顿蛋白（mutant huntingtin,，mHTT）毒性的抑制分子。研究团队进一步在体外与体内亨廷顿病模型中验证了Mtf1的作用，能够有效缓解mHTT引起的损害。
该研究为亨廷顿病的治疗提供了新思路。云舟生物为该研究提供了piggyBac转座载体，包括CAG-Mtf1、CAG-Kdm2b、CAG-Kdm5b和CAG-Fbxo34。
亨廷顿病
亨廷顿病（Huntington’s disease，HD）与阿尔茨海默症、帕金森氏症、肌萎缩侧索硬化并称为四大神经退行性疾病，亨廷顿病是其中最主要的单基因常染色体显性遗传性疾病，临床表现为舞蹈样动作、认知障碍、精神失常等症状。亨廷顿病患者的平均发病年龄约为45岁，随后出现不可逆转的疾病进展并在发病后15-20年死亡，目前医学上尚无治愈方法，治疗以经验性对症支持治疗为主。
亨廷顿病的致病基因IT-15（又称HTT基因）在患者中存在胞嘧啶-腺嘌呤-鸟嘌呤（CAG）三核苷酸重复序列异常扩增，造成mHTT蛋白丧失正常功能并获得毒性作用，进而影响多种细胞功能，最终导致细胞死亡。
因此，减少mHTT蛋白表达，控制、消除mHTT蛋白的毒性作用，是亨廷顿病治疗的主要方向和目标。
研究介绍
此次，研究团队在多能小鼠胚胎干细胞（embryonic stem cells，ESCs）中筛选鉴定出mHTT蛋白毒性的抑制分子，为治疗亨廷顿病提供了新思路，并于今年7月在《自然通讯》（Nature Communications）杂志（影响因子：16.6）发表了题为“Genome-wide screening in pluripotent cells identifies Mtf1 as a suppressor of mutant huntingtin toxicity”的文章。
研究团队首先建立了稳定表达突变体（128个CAG重复序列，Q128）和野生型（15个CAG重复序列，Q15）HTT小鼠ESCs模型，然后通过功能性筛选以及网络分析鉴定出Mtf1、Kdm2b、Kdm5b和Fbxo34等与亨廷顿病相关生物过程高度相关的潜在抑制基因。
研究团队随后通过piggyBac转座载体将候选基因Mtf1、Kdm2b、Kdm5b和Fbxo34分别转入Q128细胞并成功表达（分别命名为Q128_Mtf1、Q128_Kdm2b、Q128_Kdm5b和Q128_Fbxo34细胞），接着选择会加重mHTT毒性作用的MG132和他莫昔芬作为应激源，将4种细胞分别暴露于MG132或他莫昔芬环境中，观察到Q128_Mtf1存活细胞数量在两种应激源中均有显著优势，证明了Mtf1具备最强mHTT抗性。
Mtf1是一种同时存在于细胞质和细胞核中的多能转录调节因子，涉及细胞对各种应激条件的适应。
当金属（如镉、锌或铁）积累以及缺氧或氧化应激积累时，Mtf1会在细胞核中积累，激活启动子中含有一个或多个金属反应元件（metal responsive elements，MREs）拷贝的基因的转录，包括金属的转运体和被称为金属硫蛋白的内源性金属清除剂，以及其他参与保护细胞免受氧化应激的基因，从而达到减少金属积累、缓解氧化应激的目的。
研究团队进一步探究Mtf1调节亨廷顿病的相关生物过程，发现mHTT的存在会导致镉积累、活性氧生成和细胞死亡增加。内源性Mtf1通路并不活跃，但外源Mtf1的表达足以抵消这些影响，这可能是通过直接转录含MRE的基因来实现的。
此外，研究团队还在斑马鱼亨廷顿病模型中验证了Mtf1的表达缓解了由mHTT引起的形态缺陷和细胞死亡；并尝试用AAV载体递送Mtf1到R6/2型亨廷顿病小鼠模型中，观察到小鼠的运动缺陷获得明显改善。
最后，研究团队尝试在人类体外亨廷顿病模型中测试Mtf1的有效性，发现在人类神经前体细胞中，Mtf1能够缓解由mHTT引起的细胞死亡和氧化应激。
总体来看，Mtf1抑制了mHTT在体外和两种体内亨廷顿病模型中引起的损害，表明Mtf1可能是治疗亨廷顿病的潜在策略。
云舟生物为帕瓦多大学研究团队提供助力
云舟生物为意大利帕瓦多大学分子医学系Giorgia Maria Ferlazzo等人的研究团队提供了piggyBac转座载体（CAG-Mtf1、CAG-Kdm2b、CAG-Kdm5b和CAG-Fbxo34），助力研究团队鉴定出Mtf1是mHTT蛋白毒性的抑制分子，为治疗亨廷顿病提供了新思路。
云舟生物所提供的piggyBac转座载体具备外源基因永久整合、对比病毒载体操作更简单、载体容量大等优势。常规质粒转染只能实现外源基因的瞬时表达，这种外源基因会随着宿主细胞的分裂而不断丢失，在快速分裂的细胞中显得尤为显著。
相反，将piggyBac转座子载体和辅助质粒一起转染到哺乳动物细胞中，由于转座子在转座酶的作用下，目的基因能稳定地整合到宿主细胞的染色体中，从而实现转座子载体上携带的目的基因在宿主细胞中永久表达。通过常规转染即可把质粒转入细胞，相比起病毒载体需要进行病毒包装，过程更简单。
云舟生物的piggyBac转座子载体总容量可达30 kb，其中质粒骨架只占3 kb，有足够大的容量可以放置目的基因序列。
云舟生物是引领全球基因递送技术的创新型企业，成立9年以来，已服务全球90多个国家和地区4000多家科研机构与制药公司，成果被上千篇Science、Nature、Cell等全球顶尖科研期刊广泛引用。
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【参考文献】
Ferlazzo, G.M., Gambetta, A.M., Amato, S. et al. Genome-wide screening in pluripotent cells identifies Mtf1 as a suppressor of mutant huntingtin toxicity. Nat Commun 14, 3962 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-39552-9
【论文链接】
https://www.nature.com/articles/s41467-023-39552-9
关于云舟生物
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