Maklumat

Apakah jenis mutasi yang menyebabkan Progeria?

Apakah jenis mutasi yang menyebabkan Progeria?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Saya sedang membuat final biologi Sekolah Menengah saya di Progeria, dan saya tertanya-tanya jenis mutasi yang menyebabkan penyakit ini.

Saya tahu bahawa kod gen LMNA untuk protein "prelamin A", dan protein itu mengandungi kumpulan farnesyl yang kemudiannya tidak dapat dikeluarkan (dalam kes Progeria). Bentuk abnormal (dengan farnesyl masih melekat) prelamin A kemudiannya dipanggil progerin, dan melekat pada rim nuklear mengakibatkan nukleus sel yang terbentuk secara tidak normal, menjadikan mitosis mustahil.

Adakah ini mutasi struktur? Apa jenis mutasi ini?

Terima kasih terlebih dahulu.


Sindrom progeria Hutchinson-Gilford hampir selalu disebabkan oleh a de novo mutasi (iaitu bukan mutasi yang diwarisi) dalam gen lamin A (LMNA). Mutasi yang dipertanggungjawabkan adalah penggantian C-ke-T pada kedudukan 1824. Hebatnya ini tidak mengubah asid amino yang dikodkan melainkan membuat laman penderma sambatan baru dalam transkrip RNA. Apabila tapak splice ini digunakan, ia mengakibatkan pemadaman maklumat yang sepadan dengan kira-kira 50 asid amino dalaman protein dan berhampiran terminal C.

Semasa biogenesis lamin A normal, motif C-terminal -CAAX diiktiraf sebagai isyarat untuk isoprenilasi, dalam kes ini farnesilation. Kumpulan lipid tambahan bertindak sebagai penambat membran terminal-C. Walau bagaimanapun, sauh ini kemudiannya dikeluarkan apabila protein dibelah secara proteolitik berhampiran terminal-C, mengeluarkan 15 asid amino termasuk sistein C-terminal (pada ketika ini ketiga-tiga residu terminal-C telah dipotong). Tapak belahan untuk pengubahsuaian akhir ini tiada dalam HGPS lamin A jadi kumpulan farnesyl tidak boleh dialih keluar. Pengumpulan lamin A yang tidak diproses menyebabkan kecacatan pada membran nuklear yang diperhatikan.

Eriksson et al. (2003) Mutasi titik de novo berulang dalam lamin A menyebabkan sindrom progeria Hutchinson-Gilford. Alam 423: 293-298

Capell et al. (2005) Menghambat farnesilasi progerin mencegah ciri-ciri pendarahan nuklear sindrom Hutchinson-Gilford progeria. Proc. Natl. Acad. Sains. USA 102: 12879-12884


Gen LMNA

The LMNA gen memberikan arahan untuk membuat beberapa protein yang sedikit berbeza yang disebut lamin. Dua protein utama yang dihasilkan daripada gen ini, lamin A dan lamin C, dibuat dalam kebanyakan sel badan. Protein ini terdiri daripada jujukan blok bangunan protein yang hampir sama (asid amino). Perbezaan kecil dalam urutan menjadikan lamin A lebih panjang daripada lamin C.

Vitamin A dan C adalah protein struktur yang disebut protein filamen perantaraan. Filamen perantaraan memberikan kestabilan dan kekuatan kepada sel. Vitamin A dan C menyokong (perancah) komponen sampul nuklear, yang merupakan struktur yang mengelilingi nukleus dalam sel. Khususnya, protein ini terletak di lamina nuklear, lapisan seperti filamen perantara dan protein lain yang melekat pada membran dalaman sampul nuklear. Sampul nuklear mengawal pergerakan molekul masuk dan keluar dari nukleus. Lamin A dan C juga terdapat di dalam nukleus, dan penyelidik percaya protein mungkin memainkan peranan dalam mengawal aktiviti (ekspresi) gen tertentu.

Protein lamin A mesti diproses dalam sel sebelum menjadi sebahagian daripada lamina. Bentuk awalnya, yang disebut prelamin A, menjalani serangkaian langkah kompleks yang diperlukan agar protein dimasukkan ke dalam lamina. Lamin C tidak perlu menjalani pemprosesan ini sebelum menjadi sebahagian daripada lamina.


Merawat progeria

Rawatan yang ada tidak sesuai, kerana kedua-duanya mempunyai kesan sampingan yang serius. Lonafarnib ubat menyebabkan masalah gastrousus, dan ubat everolimus menyebabkan imunosupresi. Oleh itu, pendekatan yang lebih disasarkan diperlukan.

Erdos dan rakan-rakannya telah mengenal pasti calon berpotensi, yang berasal dari kelas ubat yang dipanggil "oligomer phosphorodiamidate morpholino antisense peptide-conjugated morpholino oligomers" (PPMOs). Pada dasarnya, ia adalah molekul yang serupa dengan DNA atau RNA dengan protein kecil yang melekat. PPMO boleh direka bentuk untuk mengenali jujukan mRNA yang sangat spesifik, dan dalam kes ini, ia boleh direka bentuk untuk mengecam dan mengikat pada tapak sambatan samar di sebelah ekson 11. Ini secara fizikal menyekat sel daripada menyambung keluar ekson 11 secara tidak sesuai dan membenarkannya untuk menghasilkan versi protein yang normal (Lamin A).

Dengan menggunakan tikus yang diubahsuai secara genetik untuk meniru progeria, para penyelidik menunjukkan bahawa ubat PPMO mereka membantu mencegah timbulnya gejala progeria dan memperpanjang umur tikus hampir 62%.

Rawatan tikus yang diubah suai secara genetik untuk meniru progeria membantu mencegah timbulnya gejala.Kredit: Michael R. Erdos et al., Perubatan Alam Semula Jadi, 2021.

Rawatan tikus yang diubah suai secara genetik untuk meniru progeria membantu memanjangkan hayat mereka sebanyak hampir 62%.Kredit: Michael R. Erdos et al., Nature Medicine, 2021.

Penulis percaya bukti ini membenarkan meneruskan ujian klinikal manusia. Sudah tentu, hanya kerana ubat berfungsi pada tikus tidak bermaksud ia akan berfungsi pada manusia. Tetapi rawatan baru yang berpotensi ini memberi harapan bagi mereka yang menderita salah satu penyakit genetik yang paling dahsyat di dunia.

Sumber: Michael R. Erdos, et al. "Pendekatan terapeutik antisense yang disasarkan untuk sindrom progeria Hutchinson-Gilford." Perubatan Alam. Diterbitkan dalam talian: 11-Mar-2021. DOI: 10.1038/s41591-021-01274-0


Perbincangan

Mutasi progeria E145K di LA / C mengubah struktur dan pemasangan lamin, menyebabkan perubahan mendalam dalam seni bina nuklear, pengurangan ekspresi lamina jenis B, dan penuaan awal. Berbeza dengan mutasi LAΔ50 / progerin yang lebih biasa, mutasi E145K tidak mengubah pemprosesan terminal C terminal, yang menjelaskan mengapa kesannya pada bentuk nuklear tidak dibalikkan dengan rawatan FTI (6, 7). Mutasi E145K juga menyebabkan pengelompokan sentromer dan H3K9me3 yang berkaitan, tetapi ia tidak mengubah taburan tanda heterokromatik H3K27me3. Sebaliknya, LAΔ50 / progerin mengubah kedua-dua tanda epigenetik ini, dan persatuan antara H3K9me3 dan beberapa sentromer hilang (12). Di samping itu, mutasi E145K tidak mempunyai kesan yang jelas terhadap pengedaran NPC, yang berbeza dengan pengedaran abnormal NPC dalam LAΔ50 / progerin mengekspresikan sel (10). Oleh itu, fenotip selular yang sangat berbeza disebabkan oleh dua mutasi ini yang menyebabkan penuaan pramatang.

Fenotip nuklear yang disebabkan oleh E145K-LA dan LAΔ50/progerin mencadangkan bahawa mutasi ini boleh menyebabkan progeria dengan mengubah struktur lamina, walaupun dengan mekanisme yang berbeza. Untuk menyokong ini, mutasi E145K mempunyai kesan buruk terhadap polimerisasi LA menjadi struktur susunan yang lebih tinggi secara in vitro sedangkan pempolimeran LAΔ50 / progerin, yang urutan asid aminonya jauh berbeza dari kedua WT-LA dan E145K-LA, kelihatan normal. Oleh itu, kemungkinan penyatuan dan pengumpulan LAΔ50 / progerin farnesilasi permanen pada membran NE adalah tidak normal yang mengganggu fungsi normal lamina pada pesakit LAΔ50 / progerin (6-10, 12), sedangkan dalam hal Pesakit E145K, ia adalah pempolimeran abnormal LA yang menghalang pemasangan struktur lamina biasa. Akhirnya perbezaan sedemikian boleh membantu menjelaskan fenotip berbeza yang dilihat dalam progeria, serta pesakit laminpati lain yang mempunyai mutasi yang berbeza dalam LMNA.

Kesan perubahan dalam residu E145 berkemungkinan besar disebabkan oleh lokasinya dalam subdomain 1B domain rod pusat LA/C. Begitu juga, mutasi dalam domain batang pusat protein IF sitoskeletal, seperti desmin, keratin, dan vimentin, mempunyai akibat yang teruk untuk struktur dan fungsi filamen dan menyebabkan pelbagai penyakit termasuk miopati kerangka dan jantung (23), penyakit lecet kulit (24) , dan katarak (25). Residu E145 berada pada posisi salah satu daripada enam heptad dalam urutan asid amino 42-yang unik untuk vitamin, dan diprediksi akan terkena pelarut daripada berada di antara muka gegelung-gegelung. Walaupun menggantikan lisin dengan asid glutamat pada residu 145 tidak mengubah pemasangan dimer seperti yang ditunjukkan oleh analisis AUC, ia mengubah penjajaran normal protofilamen menjadi filamen dan PC (2). Sebagai sokongan selanjutnya, mutasi di tapak Caenorhabditis elegans lamin yang sepadan (lmn-1), Q159K, mengubah struktur filamen yang dipasang secara in vitro (21, 26).

Seperti yang kita perhatikan sebelum ini dalam LAΔ50 / progerin yang menyatakan fibroblas pesakit (10), kecacatan bentuk nuklear terkumpul sebagai fungsi nombor laluan dalam sel E145K yang menunjukkan kesan negatif dominan protein LA / C mutan ini. Di samping itu, pengimejan langsung sel HeLa yang menyatakan FLAG-E145K-LA dan rawatan dengan aphidikolin menunjukkan bahawa lobulasi dilakukan semasa pemasangan nuklear postmitotik. Oleh itu, kemungkinan pemasangan lamina semasa telofasa lewat/awal G1 terjejas teruk apabila jumlah relatif lamin mutan E145K mencapai tahap kritikal. Juga relevan untuk diperhatikan bahawa mutasi E145K terdapat di LA dan LC, sedangkan mutasi 1824C & gtT (LAΔ50 / progerin) tidak mempengaruhi urutan LC.

Dalam inti interphase, kromosom disusun menjadi "wilayah," dengan kromosom kaya gen lebih cenderung berada di dalam dan kromosom miskin gen lebih cenderung berada di pinggir nuklear (27, 28). Kromosom individu biasanya berorientasikan dengan sentromernya terletak di pinggiran nuklear (29), manakala telomer diedarkan ke seluruh nukleoplasma (30). Dalam E145K multilobulated, kromosom nukleus disusun dengan sentromernya berkelompok dalam satu rantau. Ini mengingatkan "konfigurasi Rabl," konfigurasi kromosom terpolarisasi yang terdapat dalam nukleus interfasa Drosophila dan sel tumbuhan tertentu (31). Konfigurasi Rabl berasal dari anafasa, apabila sentromer kakak berpisah apabila kromosom bergerak ke kutub gelendong, dan ia dikekalkan sepanjang interfasa sehingga mitosis seterusnya (31). Konfigurasi kromosom terpolarisasi dalam sel E145K juga dibuat selama dan segera setelah mitosis dan berterusan sepanjang fasa G1 dan S kitaran sel (Gambar S10). Oleh itu, ekspresi LA / C dengan mutasi E145K menghalang penyusunan semula wilayah kromosom interphase pada sel anak pada awal G1, kemungkinan besar disebabkan oleh pembentukan struktur lamina yang tidak normal. Untuk menyokong ini, telah ditunjukkan bahawa lamin berinteraksi dengan kromosom mitosis (32-34) dan pemasangannya di permukaan kromosom adalah penting untuk pembentukan nuklear postmitotik (35, 36). Mungkin juga mutasi E145K mengganggu pengikatan lamin pada kawasan lampiran matriks DNA (37) atau interaksi dengan protein pengikat lamin yang berkaitan dengan kromatin seperti histon, LAP2α, BAF (33), dan/atau SUN2 (38) . Walaupun kita tidak mengetahui mekanisme yang tepat yang bertanggungjawab terhadap kesan mutasi E145K, hasil kajian ini memberikan pandangan penting tentang peranan vitamin dalam organisasi spasial dan temporal kromosom sepanjang kitaran sel.

Ringkasnya, mutasi E145K menyebabkan perubahan dalam pempolimeran dan pemasangan lamin, menghasilkan fenotip selular yang berbeza daripada sel pengekspres LAΔ50/progerin. Ciri-ciri umum yang dikongsi oleh kedua mutasi yang sangat berbeza ini ialah kedua-duanya menghasilkan penurunan peraturan jenis vitamin B (39) dan penuaan replikasi pramatang (40). Faktor-faktor ini boleh mewakili penyebut umum dalam etiologi pelbagai bentuk penyakit penuaan pramatang. Menariknya, ungkapan LAΔ50 / progerin dalam sel stem mesenchymal dewasa manusia juga mengubah laluan pembezaan mereka (41), yang akhirnya boleh menjelaskan mengapa tisu mesenchymal adalah yang paling terjejas dalam HGPS. Sama ada E145K-LA juga membawa kepada kegagalan yang sama dalam pembezaan sel stem masih perlu ditentukan.


LMNA kardiomiopati

Pada tahun 1999, Bonne et al. dikenalpasti LMNA mutasi yang menyebabkan bentuk dominan autosomal distrofi otot Emery-Dreifuss (Bonne et al., 1999), yang dicirikan oleh triad kelemahan otot dan pembaziran dalam taburan humeroperoneal, kontraktur tendon awal dan kardiomiopati diluaskan. Penyakit sistem konduksi awal, terutamanya blok jantung, adalah ciri kardiomiopati distrofi otot Emery-Dreifuss. Selepas kajian ini, Fatkin et al. melaporkan bahawa LMNA mutasi boleh menyebabkan kardiomiopati diluaskan dan penyakit sistem pengaliran dengan penglibatan otot rangka yang minima (Fatkin et al., 1999). Tidak lama selepas itu, Muchir et al. melaporkan bahawa LMNA mutasi menyebabkan distrofi otot limb-girdle jenis 1B, distrofi otot yang menjejaskan otot rangka yang lebih proksimal daripada distrofi otot Emery-Dreifuss tetapi dengan kardiomiopati diluaskan serupa yang menampilkan penyakit sistem pengaliran yang menonjol (Muchir et al., 2000). Umur permulaan manifestasi jantung dalam penyakit ini banyak berubah. Menurut data yang disusun oleh meta-analisis 299 pesakit (van Berlo et al., 2005), aritmia berlaku agak awal dalam kehidupan dalam LMNA pembawa (18% sebelum usia 10 tahun) dan sangat penembus (92% pada mereka & gt30 tahun). Kegagalan jantung muncul kemudian, dan dijumpai pada 10% pesakit pada usia 30 tahun dan pada 64% pesakit pada usia 50 tahun.

Distrofi otot Emery-Dreifuss dominan autosomal, distrofi otot limb-girdle jenis 1B dan kardiomiopati diluaskan dengan penglibatan otot rangka yang minimum secara tradisinya dikelaskan secara berasingan berdasarkan kriteria klinikal. Walau bagaimanapun, mereka semua jelas boleh disebabkan oleh mutasi dalam LMNA gen, walaupun dengan mutasi yang sama dalam keluarga yang sama (Bonne et al., 2000 Brodsky et al., 2000). Fenotip bertindih juga telah dijelaskan. Mutasi dalam LMNA juga telah dikaitkan dengan distrofi otot kongenital, yang menjejaskan bayi, dengan penglibatan jantung yang kerap (Quijano-Roy et al., 2008). Walaupun perbezaan fenotipik klasik adalah kegunaan klinikal, dari asas genetik dan sel mungkin lebih tepat untuk menganggap keadaan ini sebagai penyakit tunggal: LMNA kardiomiopati dengan atau tanpa pelbagai jenis distrofi otot rangka (Gamb. 1).

Corak pewarisan bagi LMNA kardiomiopati terutamanya autosomal dominan, walaupun kes autosomal resesif dan sporadis telah dilaporkan (di Barletta et al., 2000). Penembusan adalah tinggi dan data mencadangkan bahawa 100% pembawa mutasi dipengaruhi oleh umur 60 tahun (Pasotti et al., 2008). Paling LMNA mutasi yang menyebabkan penyakit otot striated adalah mutasi missense yang diedarkan ke seluruh gen ekson (http://www.dmd.nl/lmna_seqvar.html). Mutasi yang menyebabkan keabnormalan penyambungan RNA dan pemadaman kecil, serta mutasi karut yang secara asasnya membawa kepada haploinsufficiency lamin jenis A, juga telah didokumenkan. Satu homozigot LMNA mutasi missense (H222Y) telah dilaporkan berkaitan dengan distrofi otot Emery-Dreifuss (di Barletta et al., 2000), dan LMNA mutasi yang membawa kepada pemotongan lamin A dan C (Y259X), yang menyebabkan fenotip distrofi otot limb-girdle apabila heterozigot, menyebabkan fenotip maut neonatal dengan distrofi otot umum yang teruk dalam kes pewarisan homozigot yang dilaporkan (van Engelen et al., 2005). ). Kehadiran kardiomiopati dan distrofi otot dalam Lmna-null tikus menunjukkan bahawa kehilangan sebahagian daripada fungsi lamin jenis A mendasari patogenesis LMNA kardiomiopati (Sullivan et al. 1999). Hipotesis ini selanjutnya disokong oleh eksperimen pada tikus yang diubahsuai secara genetik yang menunjukkan bahawa tikus heterozigot majmuk yang membawa satu mutasi berkaitan kardiomiopati dan satu mutasi nol di Lmna mempunyai fenotip yang lebih teruk daripada tikus homozigot dengan dua mutasi berkaitan kardiomiopati. Sebaliknya, mutasi keuntungan fungsi dalam lamin jenis A mungkin mendasari fenotip progeria, kerana tikus heterozigot kompaun yang membawa satu mutasi berkaitan progeria dan satu mutasi nol mempunyai fenotip yang kurang teruk berbanding tikus yang membawa dua mutasi berkaitan progeria (Davies et al., 2011).

irama jantung yang tidak normal boleh menjadi terlalu cepat (takiaritmia) atau terlalu perlahan (bradyarrhythmia).

penyakit atau disfungsi otot jantung.

kelambatan isyarat elektrik yang tidak normal melalui sistem pengaliran khas di dalam jantung.

ultrasound jantung, membolehkan seseorang untuk menggambarkan secara langsung fungsi pengepaman, saiz ruang dan halaju aliran darah jantung.

peratusan darah yang dipam keluar dari ruang jantung dengan setiap degupan.

aktiviti elektrik jantung yang direkodkan oleh elektrod yang dilekatkan pada permukaan kulit.

alat dalaman yang memberikan kejutan elektrik ke jantung apabila merasakan irama jantung yang berbahaya dan tidak normal.

masa antara permulaan depolarisasi atrium (penguncupan) dan permulaan depolarisasi ventrikel (penguncupan).

masa yang diambil untuk depolarisasi (pengecutan) ventrikel.

masa antara permulaan depolarisasi ventrikel (kontraksi) dan akhir repolarisasi ventrikel (relaksasi).

lebih laju daripada kadar jantung biasa.

Laminopati yang menjejaskan otot berjalur. Gangguan klinikal berbeza yang ditakrifkan secara klasik yang terdapat pada zaman kanak-kanak atau dewasa (distrofi otot Emery-Dreifuss, distrofi otot limb-girdle 1B dan kardiomiopati terpencil dengan kecacatan konduksi) ditunjukkan dengan kumpulan otot yang terjejas ditunjukkan dalam warna ungu. Penyakit onset dewasa sebenarnya adalah spektrum penyakit yang sama yang boleh mempunyai fenotip bertindih dan disebabkan oleh penyakit yang sama LMNA mutasi (ditunjukkan dengan anak panah putus-putus) ambil perhatian bahawa jantung sentiasa terjejas. Oleh itu, laminopati yang mempengaruhi otot lintang boleh didefinisikan sebagai LMNA kardiomiopati dengan atau tanpa pelbagai jenis distrofi otot rangka. Mutasi dalam LMNA juga boleh hadir pada bayi sebagai distrofi otot kongenital, biasanya dengan penglibatan jantung. Anak panah ungu menunjukkan lokasi kontraktur (pemendekan kekal) pada siku, Achilles dan belakang leher yang merupakan ciri distrofi otot Emery-Dreifuss.

Laminopati yang menjejaskan otot berjalur. Gangguan klinikal berbeza yang ditakrifkan secara klasik yang terdapat pada zaman kanak-kanak atau dewasa (distrofi otot Emery-Dreifuss, distrofi otot limb-girdle 1B dan kardiomiopati terpencil dengan kecacatan konduksi) ditunjukkan dengan kumpulan otot yang terjejas ditunjukkan dalam warna ungu. Penyakit onset dewasa sebenarnya adalah spektrum penyakit yang sama yang boleh mempunyai fenotip bertindih dan disebabkan oleh penyakit yang sama LMNA mutasi (ditunjukkan dengan anak panah putus-putus) ambil perhatian bahawa jantung sentiasa terjejas. Oleh itu, laminopati yang mempengaruhi otot lintang boleh didefinisikan sebagai LMNA kardiomiopati dengan atau tanpa pelbagai jenis distrofi otot rangka. Mutasi dalam LMNA juga boleh hadir pada bayi sebagai distrofi otot kongenital, biasanya dengan penglibatan jantung. Anak panah ungu menunjukkan lokasi kontraktur (pemendekan kekal) pada siku, Achilles dan belakang leher yang merupakan ciri distrofi otot Emery-Dreifuss.


Hidup Dengan Hidup Bersama

Hidup dengan penyakit genetik atau jarang dapat mempengaruhi kehidupan harian pesakit dan keluarga. Sumber-sumber ini dapat membantu keluarga menavigasi pelbagai aspek kehidupan dengan penyakit yang jarang berlaku.

Sumber-sumber kewangan

  • Pentadbiran Keselamatan Sosial telah memasukkan syarat ini dalam Inisiatif Elaun Kasih Sayang mereka. Inisiatif ini mempercepat proses tuntutan kecacatan bagi pemohon dengan keadaan perubatan tertentu yang menyebabkan kecacatan teruk. Maklumat lanjut tentang Elaun Ihsan dan memohon hilang upaya Keselamatan Sosial tersedia dalam talian.

Jenis Penyuntingan Gen Baharu Boleh Memusingkan Jam pada Penyakit Penuaan Cepat

Kehidupan Semula Kejuruteraan adalah lajur dari Manusia Masa Depan mengenai cara manusia menggunakan biologi untuk memprogram semula badan kita dan dunia di sekeliling kita.

Kanak-kanak yang dilahirkan dengan penyakit genetik yang jarang disebut progeria secara tragis hidup, rata-rata, hanya sehingga usia pertengahan remaja, walaupun mereka kelihatan jauh lebih tua. Tubuh mereka meningkat dengan cepat - sehingga 10 kali lebih cepat daripada biasa - sehingga mereka biasanya mati sebelum waktunya akibat serangan jantung atau strok sebelum mereka dapat menamatkan sekolah menengah. Pelakunya ialah salah ejaan satu huruf dalam DNA mereka.

Sekarang, para saintis telah berjaya memperbaiki kesalahan ejaan ini pada tikus yang mempunyai penyakit dengan menggunakan jenis penyuntingan gen baru yang disebut penyuntingan dasar, meningkatkan harapan agar penawar bagi anak-anak dengan progeria mungkin. Hasilnya diterbitkan pada 6 Januari di jurnal Alam semula jadi.

"Ini adalah penemuan yang luar biasa," kata Robert Goldman, PhD, seorang profesor biologi sel dan perkembangan di Northwestern University yang tidak terlibat dalam kajian ini. Manusia Masa Depan. "Mereka melihat pembetulan kecacatan yang sangat besar." Goldman akan tahu - dia menjalankan penyelidikan awal yang penting mengenai progerin protein dengan salah seorang pengarang kajian, Francis Collins, MD, PhD, yang kini pengarah Institut Kesihatan Nasional.

Pada bulan November, Pentadbiran Makanan dan Ubat A.S. meluluskan ubat pertama untuk progeria, dipanggil lonafarnib. Walaupun terbukti dapat memperpanjang usia pesakit sekitar dua setengah tahun, itu bukan penyembuhan. Penyuntingan asas, bagaimanapun, mungkin memberi peluang kepada pesakit masa depan untuk menjalani kehidupan yang panjang dan sihat.

"Mereka melihat pembetulan kecacatan yang sangat besar."

DNA terdiri daripada empat asas kimia: A, C, G, dan T. Kebanyakan kes progeria, juga dikenali sebagai sindrom progeria Hutchinson-Gilford, disebabkan oleh mutasi dalam LMNA gen, di mana C ditukar dengan T. Ralat kecil ini membawa kepada pembentukan protein toksik yang dipanggil progerin, yang merosakkan sel dan dengan berbuat demikian, mempercepatkan proses penuaan.

Penyuntingan asas kelihatan seperti alat yang sempurna untuk menangani masalah ini. Walaupun penyuntingan gen CRISPR tradisional berfungsi dengan memotong struktur heliks ganda DNA, penyuntingan asas hanya menggantikan satu huruf DNA yang lain tanpa merosakkan DNA.

Walaupun penyuntingan CRISPR membuat kemajuan dalam merawat gangguan genetik tertentu, seperti penyakit sel sabit, ia masih terdedah kepada kesilapan. Penyuntingan asas lebih tepat. Tidak seperti CRISPR, yang sering digambarkan sebagai "gunting genetik," penyuntingan asas dirancang untuk berfungsi lebih seperti fungsi cari-dan-ganti dalam pemproses kata. Pendekatan ini mungkin lebih selamat daripada CRISPR tradisional, kerana apabila DNA membaiki dirinya sendiri selepas rehat, DNA di sekeliling gen yang diedit sering menjadi kacau.

"Terapi yang ideal adalah membalikkan mutasi itu dengan menulis semula DNA kembali ke yang sepatutnya," kata penulis kajian Jonathan Brown, MD, seorang pakar kardiologi di Pusat Perubatan Universiti Vanderbilt. Manusia Masa Depan. Dia melakukan penelitian dengan tim di Broad Institute of MIT dan Harvard yang termasuk David Liu, PhD, yang mempelopori teknik penyuntingan dasar.

Dalam kajian itu, satu kumpulan tikus mendapat suntikan tunggal dari penyunting asas, sementara kumpulan kawalan diberi suntikan garam. Pada saat tikus berusia enam minggu, 10% hingga 60% sel di tulang, otot rangka, hati, jantung, dan aorta mereka diperbaiki. Dan faedah fizikalnya lebih besar lagi: Brown mengatakan bahawa dengan senang melihat hanya pada tikus bahawa yang dirawat dengan penyuntingan asas lebih sihat. Mereka mempunyai lebih banyak tenaga, mantel berkilau, dan postur yang lebih normal.

Tikus yang tidak dirawat, sementara itu, mengembangkan firasat dan kurang bergerak. Selepas beberapa bulan, perbezaan fizikal dalam dua kumpulan menjadi lebih mendalam, kata Brown. Tikus yang tidak dirawat melambatkan dengan ketara dan kot mereka menjadi tidak sedap.

Pada akhirnya, terapi penyuntingan gen memperpanjang jangka hayat tikus yang dirawat. Tikus yang tidak dirawat hidup secara purata selama tujuh bulan, manakala haiwan yang dirawat bertahan hingga sekitar satu setengah tahun - dua kali lebih lama. Tikus yang sihat biasanya hidup sekitar dua tahun. Autopsi tikus menunjukkan bahawa tisu dan saluran darah dalam kumpulan yang dirawat kelihatan sebanding dengan tikus normal pada usia yang sama.

“Adakah saya akan bermimpi bahawa kita boleh melakukan ini lima tahun lalu? Tidak. Teknologi ini bergerak begitu pantas, ia membingungkan."

"Ini adalah hasil yang paling dramatik yang saya lihat pada tikus progeria," kata penulis bersama kajian Leslie Gordon, MD, PhD, sambil menambah bahawa hasil ini memberi harapan kepada keluarga anak-anak yang dilahirkan dengan penyakit ini. Gordon adalah pengarah perubatan Yayasan Penyelidikan Progeria, yang membiayai sebahagian kajian ini dan telah membiayai penyelidikan mengenai rawatan berpotensi untuk progeria sejak penubuhannya pada tahun 1999. Dia dan suaminya memulakan organisasi bukan untung sejurus anak mereka Sam didiagnosis dengan progeria di Berumur 22 bulan. Dia meninggal kerana penyakit itu pada tahun 2014 pada usia 17 tahun.

Yayasan itu membantu Brown dan rakan usaha samanya mendapatkan sel kulit daripada orang yang mempunyai progeria untuk eksperimen terdahulu dengan penyuntingan asas. Dalam eksperimen makmal, pendekatan menetapkan mutasi pada 90% sel.

Sudah tentu, membetulkan mutasi dalam sel kulit dan tikus tidak sama dengan membalikkan penyakit pada orang, tetapi para penyelidik berharap bahawa kerja mereka akhirnya akan membawa kepada rawatan. Brown mengatakan masih banyak yang perlu dilakukan untuk memastikan penyuntingan asas selamat dan berkesan sebelum mengujinya pada orang, tetapi dia optimis bahawa percubaan manusia dapat dimulakan dalam beberapa tahun. Penulis kajian sudah pun mengambil langkah seterusnya dengan Yayasan Penyelidikan Progeria dan Beam Therapeutics, sebuah permulaan penyuntingan gen yang diasaskan bersama oleh Liu, untuk memajukan terapi ke arah ujian klinikal.

Pendekatan ini juga boleh memberi implikasi kepada penyakit genetik lain yang disebabkan oleh perubahan DNA satu-dasar. Goldman berkata mutasi yang menyebabkan progeria hanyalah satu daripada berpuluh-puluh dalam LMNA gen yang diketahui menyebabkan penyakit yang jarang berlaku.

Sementara itu, penyuntingan gen mungkin akan menjadi lebih baik dan lebih tepat. "Adakah saya bermimpi kita dapat melakukan ini lima tahun yang lalu? "Goldman berkata. “Tidak. Teknologi bergerak dengan begitu pantas, sangat membingungkan. "


Luke Koblan duduk di mejanya, menatap beberapa data. Teruja tetapi bingung, pelajar lulusan itu berfikir, tidak mungkin nombor itu betul. Dia berkongsi hasilnya dengan bosnya, Profesor David Liu, dan hari ini, data tersebut telah mendorong pasukan saintis dari Institut Luas MIT dan Harvard (termasuk Koblan dan Liu), Institut Kesihatan Nasional, dan Pusat Perubatan Universiti Vanderbilt untuk mencapai lompatan yang hampir tidak dapat dipercayai untuk alat penyunting gen CRISPR yang dikenali sebagai penyuntingan asas, menjadikan teknologi sebagai langkah kritikal lebih dekat untuk menjadi rawatan untuk progeria, penyakit penuaan pramatang yang mematikan.

Beberapa ratus kanak-kanak di seluruh dunia hidup dengan penyakit itu. Dalam kebanyakan kes, hanya satu kesalahan kecil yang melibatkan salah satu daripada empat asas utama, atau blok bangunan, DNA - timin (T) sebagai pengganti sitosin (C) pada satu kedudukan hanya dalam satu salinan gen lamin A dalam inti sel - menyebabkan badan menghasilkan protein toksik yang dikenali sebagai progerin. Kanak-kanak kecil dengan progeria berkembang pada kadar intelek yang normal tetapi tidak lama lagi kehilangan rambut dan lemak badan mereka, gagal tumbuh, dan mengalami kulit berkedut, osteoporosis, dan aterosklerosis, ancaman kepada arteri yang sihat. Sebilangan besar hidup hingga sekitar 14 tahun dan mati akibat serangan jantung atau strok.

Dalam kajian yang diterbitkan dalam Alam Semula Jadi, Koblan, Liu, dan seluruh pasukan menggunakan rawatan penyuntingan asas adenine pada tikus untuk berjaya menukar peratusan yang mengagumkan daripada T yang sesat itu kembali kepada C dalam DNA, RNA dan protein, yang membawa kepada peningkatan dramatik dalam kesihatan tisu (termasuk jantung) dan jangka hayat - tikus hidup sekitar 2½ kali lebih lama hanya dengan satu rawatan dan mencapai permulaan usia tua pada tikus yang normal dan sihat. Editor asas pertama telah dibangunkan di makmal Liu pada tahun 2016.

"Tahap pelanjutan jangka hayat dalam model progeria haiwan ini, sejauh pengetahuan kami, belum pernah terjadi sebelumnya," kata Profesor David Liu.

Foto fail Stephanie Mitchell / Harvard

Kerana usaha mereka terbukti begitu berjaya, kerja itu bukan sahaja menawarkan jalan untuk merawat progeria, ia menyediakan pelan tindakan untuk menguji rawatan penyuntingan gen baru untuk penyakit genetik lain seperti anemia sel sabit dan distrofi otot.

"Tahap lanjutan jangka hayat dalam model haiwan progeria, pada pengetahuan kami, tidak pernah berlaku sebelum ini," kata Liu, Profesor Richard Merkin dan pengarah Institut Teknologi Transformatif Merkin dalam Penjagaan Kesihatan di Institut Broad, profesor di Universiti Harvard, dan Penyiasat Institut Perubatan Howard Hughes.

"Sepengetahuan kami, karya ini menghasilkan gejala progeria yang terkuat dengan pelbagai langkah," lanjutnya. “Lima tahun lalu, kami masih menyelesaikan pembangunan editor asas yang pertama. Sekiranya anda memberitahu saya bahawa dalam tempoh lima tahun, satu dos editor asas dapat mengatasi progeria pada haiwan pada tahap DNA, RNA, protein, patologi vaskular, dan jangka hayat, saya akan berkata, 'Tidak mungkin.' Ini adalah bukti nyata dari dedikasi pasukan yang menjadikan kerja ini dapat dilaksanakan. "

Empat tahun lalu, apabila Koblan, pengarang pertama kajian itu dan Ph.D. calon di Sekolah Siswazah Seni dan Sains, mula bermain-main dengan editor dasar di sel progeria, dia tidak mempunyai harapan. Itulah sebabnya data asalnya, yang melancarkan kolaborasi besar-besaran, sangat mengejutkan: Ini menunjukkan bahawa editor pangkalan adenin mereka (penemuan makmal Liu) membetulkan sekitar 70 peratus mutasi penyebab penyakit pada sel hati model tikus yang dikembangkan oleh Francis Collins , pengarah Institut Kesihatan Nasional (NIH), yang turut menemui mutasi DNA yang menyebabkan progeria. Apabila Liu melihat keputusannya, dia bertanya kepada Koblan sama ada dia boleh berkongsi nombor dengan Collins.

“Suatu hari ia adalah sejenis operasi rinky-dink . Kemudian, secara tiba-tiba, keesokan harinya anda bekerjasama dengan pengarah NIH. Ia meletup semalam, "kata Luke Koblan, penulis pertama kajian.

Koblan berkata, "Suatu hari ia adalah sejenis operasi rinky-dink," terdiri daripada beliau dan dua penyelidik pasca doktoral di Institut Kanser Dana Farber: Charles Lin, dan Jonathan Brown, yang kini penolong profesor perubatan di Bahagian Perubatan Kardiovaskular di Pusat Perubatan Universiti Vanderbilt dan pengarang yang sepadan di atas kertas. "Kemudian, tiba-tiba, keesokan harinya anda berkolaborasi dengan pengarah NIH. Ia meletup semalaman.”

Pasukan NIH, yang merangkumi pengarang pertama Michael Erdos, percubaan semula Koblan dan Brown dan mendapat hasil yang sama menjanjikan. "Itu pemeriksaan kewarasan yang bagus," kata Koblan. Dari sana, mereka bekerjasama dengan Progeria Research Foundation untuk mendapatkan sel kulit dari anak-anak dengan progeria. Rawatan itu membetulkan mutasi pada 90 peratus sel kultur yang mengejutkan tanpa penyasaran yang tidak dapat dikesan (maksudnya, penyunting gen tidak menyebabkan pengeditan yang tidak diinginkan yang dikesan, tanda penting untuk keselamatan rawatan baru yang berpotensi). Meski sangat menjanjikan, pasukan masih perlu mengesahkan bahawa rawatan itu dapat dilakukan pada binatang hidup. Menggunakan model tetikus progeria yang sama (di mana tikus membawa dua salinan varian gen lamin manusia A yang menyebabkan penyakit), mereka menyampaikan rawatan sama ada tiga atau 14 hari selepas kelahiran (kira-kira analog dalam tahap kematangan hingga 1 dan 5 tahun. pada manusia).

Apabila tikus dengan progeria mencapai usia enam bulan, penyakit itu telah menyebabkan kemerosotan pesat saluran darah. Sel yang sihat mati kerana tisu parut bertambah. Tetapi tikus yang dirawat dengan editor asas pasukan menyaksikan hampir 100 peratus pemulihan sel-sel yang sangat terdedah ini. "Penampang aorta secara statistik tidak dapat dibezakan dari tikus jenis liar," kata Koblan. Tikus yang tidak dirawat hidup rata-rata 215 hari (hanya lebih dari tujuh bulan) tikus yang dirawat hidup rata-rata 510 (hanya di bawah 18 bulan) - lanjutan jangka hayat 137 peratus.

Memandangkan kira-kira separuh daripada semua mutasi penyebab penyakit yang diketahui adalah kesilapan satu huruf (seperti progeria), saintis lain boleh menggunakan kajian ini sebagai panduan untuk mengasah editor asas untuk menyembuhkan lebih banyak gangguan genetik pada manusia.

"Tetapi tikus tentu bukan manusia," kata Collins dalam catatan Blog Pengarah NIH mengenai hasil kajian itu. Walaupun dia berharap teknik ini dapat menyebabkan penyembuhan progeria, lebih banyak pekerjaan perlu dilakukan untuk memastikan perawatannya aman bagi manusia.

Walaupun pasukan itu tidak melihat pengeditan luar sasaran yang signifikan, beberapa tikus yang paling lama hidup mengembangkan tumor hati, komplikasi yang diketahui ketika menggunakan virus yang berkaitan dengan adeno (AAV) untuk menyampaikan gen ke dalam tikus yang diizinkan hidup hingga usia tua. Kesan sampingan belum dapat dilihat pada manusia, kata Koblan, tetapi untuk selamat, mereka berharap dapat menghilangkan komplikasi pada tikus sebelum penggunaan manusia. Juga, beberapa editor asas yang ditemui setelah pelancaran kajian ini mempunyai kecekapan penyuntingan yang lebih tinggi dan boleh berkesan dengan dos virus yang lebih rendah. Kajian berterusan dan akan datang akan mencari editor asas, masa rawatan dan kaedah penghantaran virus yang paling ideal sambil memantau ke mana editor pergi dan prestasinya sebaik sahaja disuntik.

Namun, beberapa saintis tidak sabar untuk segera memulakan ujian klinikal. "Kami akan mencari cara untuk menyelesaikannya untuk anak-anak ini," kata Leslie Gordon, seorang doktor Brown University yang anaknya Sam meninggal dunia akibat progeria, dalam sebuah artikel di Science. Gordon bersama-sama menubuhkan Progeria Research Foundation, yang menyediakan sel-sel kulit untuk kajian ini.

Koblan, yang menemui Gordon dalam projek pertengahan, mengatakan bahawa kerjanya adalah peringatan penting kepada saintis lain bahawa pesakit adalah pusat. "Sebaik sahaja anda melihat akibat daripada apa yang anda kerjakan, anda mendapat perspektif yang lebih baik tentang apa yang anda lakukan dan mengapa anda melakukannya," katanya. Ia bukan lagi sekadar cabaran intelek, ia adalah, ‘Saya perlu melakukan perkara ini dengan betul, dan jika tidak, ada akibatnya.’”


Sindrom Hutchinson-Gilford Progeria & # 8211 penyakit penuaan yang dipercepat kerana Penyambungan Alternatif

HGPS adalah satu lusin penyakit monogenetik yang mempercepat penuaan dan sangat jarang berlaku, hanya berlaku pada 1 dari setiap 4-8 juta bayi yang dilahirkan. Walau bagaimanapun, protein yang sama berkembang pada kanak-kanak ini (dipanggil progerin) juga tumbuh di kulit anda dengan penuaan normal dan anda dapat mempercepat penuaan yang berkaitan dengan progerin anda sendiri dengan pendedahan cahaya UV panjang gelombang yang panjang! Mekanisme yang mempercepatkan penuaan pada HGPS dan pada kulit normal adalah sama. Ia disebut "Alternative Splicing" tetapi pada kenyataannya, tidak ada "alternatif lain". Ia berlaku dengan penuaan biasa walaupun tanpa pendedahan cahaya UVA. Inilah sebabnya mengapa anda harus berminat dengan mekanisme molekul "penyambungan alternatif," mekanisme yang dibincangkan dalam entri blog sebelumnya Unsur DNA yang boleh ditukar - Bahagian 3.

Penyakit ini hanya menimbulkan tanda tanya betapa pentingnya subjek penyambungan alternatif bagi kita semua, bukan hanya untuk anak-anak yang dilahirkan dengan penyakit yang mengerikan ini. Penyambungan alternatif juga nampaknya memainkan peranan utama dalam kes sporadis dari Gangguan Autisme Spektrum yang diwarisi dan sporadis. Ia juga memainkan peranan utama dalam kemurungan dan kegelisahan. Ia juga memainkan peranan dalam skizofrenia, kanser, arteriosklerosis, diabetes mellitus, dan ratusan penyakit yang sangat jarang berlaku. Atas sebab ini, Vince Giuliano dan saya telah menulis entri blog ini untuk membantu pembaca memahami "penyambungan alternatif", dan telah memilih HGPS sebagai ilustrasi, "laporan kes" mengenai bagaimana penyambungan alternatif berfungsi.

Menariknya, kami juga melaporkan penyelidikan terbaru mengenai bagaimana manifestasi penuaan yang berkaitan dengan progerin dapat dibalikkan sekurang-kurangnya pada tahap sel dengan bantuan bahan kimia biasa yang biasa.

Oleh kerana entri blog ini masuk ke dalam kedalaman teknikal yang agak besar pada beberapa subtopik misteri, adalah mudah untuk kehilangan jejak apakah mesej penting itu. Berikut adalah senarai mereka ketika saya (Vince) melihat mereka.

  • HGPS kini merupakan model penuaan dipercepat yang difahami dengan baik. Kami fikir kami tahu banyak tentang mekanisme molekulnya dan perkara yang boleh dilakukan mengenainya.
  • Secara ringkasnya, HGPS disebabkan oleh mutasi satu titik pada tapak sambatan samar dalam gen Lamin A. Hasilnya adalah pengeluaran progerin bukannya Lamin A, molekul dengan ekor farnesylated yang tidak dapat dipotong seperti biasa, yang bermaksud bahawa protein yang bertanggungjawab untuk integriti struktur sel dalaman tidak dihasilkan. Apabila Lamin A tidak berkembang dan mutan prelamin A (progerin) terkumpul, protein penambat hetrachromin hilang. Akibatnya, heterokromatin (kromatin yang dipadatkan di sekitar DNA yang dibungkam) tidak dapat disambungkan ke sampul nuklear. Kemudian, histon tidak lagi boleh menyenyapkan DNA yang sepatutnya disenyapkan (Cth: unsur transposable, pseudogenes, kawasan satelit mikro, dll.). Akibatnya, unsur-unsur transposable menjadi aktif dan ini menyebabkan kerosakan DNA dan banyak lagi kerosakan.
  • HGPS adalah model penuaan biasa yang menarik dan sangat bermaklumat. Perubahan yang berlaku lebih dari 15 tahun dalam HGPS juga biasanya terjadi pada sel dermal dan sel vaskular individu normal, tetapi pada kadar yang jauh lebih perlahan. Kita semua nampaknya mempunyai HGPS yang bertindak perlahan.
  • HGPS memberikan contoh bagaimana penyambungan alternatif dapat mencetuskan atau mempercepat keseluruhan lata penuaan. Ia juga memberikan contoh bagaimana keabnormalan gen tunggal boleh mencetuskan keseluruhan proses penuaan.
  • Terdapat beberapa bahan yang diketahui yang seolah-olah membalikkan progeria HGPS dan memulihkan morfologi dan operasi selular kepada normal, sekurang-kurangnya pada tahap sel. Salah satunya, yang dikenal pasti pada tahun 2011 adalah rapamycin. Yang baru dikenal pasti adalah bahan yang dikenali sebagai metilena biru dan sulfaforafana fitokimia kubis-brokoli. Terapi yang begitu mudah seperti antioksidan mitokondria yang betul mungkin memegang kunci kepada pembalikan gejala fenotip HGPS pada tahap sel. Walau bagaimanapun, setakat ini tidak kelihatan bahawa pengetahuan ini sama ada telah diterjemahkan ke dalam terapi berkesan untuk HGPS atau diterokai sebagai terapi untuk penuaan biasa.
  • HGPS bertindak melalui program penuaan, mengikut urutan langkah yang diketahui dengan jelas, walaupun sudah tentu ini tertakluk kepada jumlah kebolehubahan stokastik tertentu. Perbandingan HGPS dan penuaan normal memberi kepercayaan tambahan kepada fakta bahawa penuaan normal juga merupakan fenomena yang diprogramkan dan bahawa tempoh penuaan manusia yang biasa mungkin tidak dapat diubah.
  • Blog ini meneroka banyak topik teknikal yang berkaitan seperti morpholino oligonucleotides, sitoplasmic SRSF1 dan farnesylation inhibitor. Dan terdapat banyak gambarajah kompleks yang menggambarkan mekanisme molekul. Tolong jangan biarkan butiran teknikal menghalang anda daripada menerima mesej pusat ini.
  • Hasil yang lebih penting pasti akan tiba tidak lama lagi. Terdapat terlalu banyak petunjuk dan petunjuk untuk menyembuhkan HGPS yang dilaporkan di sini agar keadaan penyelidikan menjadi perlahan tidak lama lagi. Dan dalam prosesnya kita mungkin mendapat beberapa petunjuk tambahan yang penting mengenai bagaimana memperlambat penuaan normal.

Sebagai latar belakang, Vince memberikan pengenalan kepada penyambungan alternatif dan perbincangan mengenainya dalam konteks evolusi genomik dalam entri blog sebelum ini. Elemen DNA transposable - Bahagian 3 TEs dan dan mekanisme evolusi utama lain: incRNAs, penyuntingan A hingga I, penyambungan dan eksonisasi alternatif. Juga, sebagai sedikit sejarah kuno, Vince menerbitkan entri blog pendek yang memperkenalkan HGPS pada tahun 2009 Progerin, HGPS dan kemungkinan teori penuaan baru. Entri blog sekarang berkembang dan dikemas kini.

II. MENGENAI SAM BURNS

Untuk menghadapi penyakit yang dahsyat ini, Kami ingin berkongsi kisah Sam Burns, seorang anak yang dilahirkan oleh orang tua normal dan telah menjadi anak poster untuk HGPS. Malangnya, Sam meninggal tahun lalu, walaupun terdapat banyak usaha sains moden untuk memperbaiki penyakit ini. Inilah gambar dan kisahnya.

Sumber gambar: Sumber gambar: Sam pada usia 14 tahun dan ibunya

Temui "Sam", anak bahagia yang telah menyentuh kehidupan berjuta-juta orang dengan sikap positifnya mengenai kehidupan, walaupun didiagnosis menghidap HGPS. Gambar di sebelah kanan adalah gambar Sam bersama ibunya ketika Sam berusia 14 tahun. Dia meninggal pada tahun 2014 ketika dia baru berusia 17 tahun. Kira-kira 350 orang di seluruh dunia mempunyai HGPS seperti Sam. Kesemua mereka meninggal dunia pada usia 20 tahun. Sam mendedahkan keadaannya dalam dokumentari HBO, “Kehidupan Menurut Sam"Dan sebuah buku mengenai dia ditulis. Lihat treler di sini. Walaupun keadaan mengerikan ini telah membunuh semua orang yang menderita HGPS, Sam tetap optimis tentang kehidupan dan telah berkongsi falsafahnya tentang bagaimana menjalani kehidupan yang bahagia dengan 30 juta orang melalui ceramah TEDx. Ceramah TEDxnya kini merupakan ceramah TEDx ke-2 paling banyak dilihat daripada lebih 30,000 ceramah TED yang telah diberikan.

Sam tinggal di Foxborough, Massachusetts dan pergi ke sekolah menengah, seperti orang lain. Dia bermain perkusi dalam kumpulan itu dan ini adalah salah satu perkara kegemarannya untuk dilakukan. Dia akan lulus musim bunga ini. Peringatan yang hidup untuknya kini dicipta oleh rakan dan keluarganya. Jika dia bertahan, dia akan tamat sekolah menengah tahun ini. Ibu Sam, Leslie Gordon, PhD, Profesor Pediatrik Bersekutu di Brown University, berperanan dalam memulakan Progeria Research Foundation. Yayasan ini membiayai kajian yang baru diterbitkan yang menunjukkan bahawa rapamycin menurunkan tahap bentuk mutan Lamin A, yang disebut progerin, yang terkumpul di dalam sel pesakit HGPS. Rapamycin adalah salah satu daripada tiga strategi yang dijelaskan di bawah yang terbukti dapat membantu merawat penyakit ini.

Berikut ialah beberapa rujukan tentang Sam dan Yayasan Penyelidikan Progeria. Sila lihat ceramah TEDx yang diberikan oleh Sam Burns. Ia sangat menyentuh dan benar untuk kita semua.

& ltiframe width = & # 8221640 & # 8243 height = & # 8221360 & # 8243 src = & # 8221https: //www.youtube.com/embed/36m1o-tM05g” frameborder = & # 82210 & # 8243 allowfullscreen & gt & lt / iframe

2015 Peringatan hidup dibina sebagai penghormatan kepada Sam Berns Dokumentari HBO berjudul & # 8216Life Menurut Sam & # 8217 memberi orang jarang melihat progeria

Meskipun jarang terjadi, HGPS telah mendapat perhatian lebih banyak daripada penyakit mutasi genetik yang lain kerana sangat "meniru" gambaran penuaan yang normal. Perbezaan utama antara penuaan normal dan HGPS adalah bahawa keseluruhan "program penuaan” diselesaikan dalam kira-kira 15 tahun dengan HGPS, sedangkan dengan penuaan normal, "program penuaan” mengambil masa hampir 100 tahun untuk disiapkan. Walaupun beberapa orang dengan penuaan normal boleh hidup selama 122 tahun, hampir semua orang yang mempunyai HGPS mati pada usia 16-20 tahun. Penemuan paling biasa dalam HGPS termasuk ciri yang meniru penuaan normal, seperti alopecia, atrofi kulit, pigmentasi berbintik-bintik pada kulit, lipodistrofi umum, kekakuan sendi, arthritis, arteriosklerosis, penyakit arteri koronari, pembesaran ventrikel kiri dan strok. Walau bagaimanapun, anak-anak HGPS juga mempunyai penemuan unik yang tidak "meniru" penuaan normal, seperti kening yang tidak ada, mata / proptosis yang menonjol, mikrognathia, fontanelles tulang kranial terbuka, dan pematangan seksual yang tidak ada. Inilah sebabnya mengapa ada yang memanggil HGPS sebagai “karikatur penuaan normal", Bukannya"salinan penuaan biasa.

Bagi kebanyakan kita, kita tidak begitu peduli dengan perbezaan semantik ini. Kami benar-benar mencari jawapan untuk soalan "apakah punca penuaan yang sebenarnya” dan berharap dapat menemui beberapa petunjuk dalam keadaan yang jarang berlaku tetapi tragis ini. Pertama saya akan membincangkan bagaimana kulit kita juga mengumpulkan protein yang sama yang terkumpul di dalam badan Sam dan bagaimana ini mempengaruhi penuaan kulit dan saluran darah kita.

III. KITA SEMUA MEMPUNYAI “PROGERIA DERMAL”

Ringkasan: Cahaya UV panjang gelombang panjang (cth. cahaya gerai penyamakan) mendorong tekanan oksidatif, yang mendorong penyambungan alternatif dan penggunaan tapak penyambungan samar LMNA, yang menghasilkan protein prelamin A yang bermutasi dalam fibroblas kulit manusia muda dan tua! Ini adalah penyebab utama penuaan kulit dan barah kulit.

Perbezaan utama

Sebelum menyelam lebih jauh, berikut ialah ulasan beberapa perbezaan utama yang berkaitan dengan penyambungan alternatif bagi anda yang kurang biasa dengan bidang ini:

Penyambungan RNA alternatif — “Penyambungan RNA ialah proses pasca transkrip yang penting dan dikawal dengan tepat yang berlaku sebelum terjemahan mRNA. Ia difikirkan bahawa sekurang-kurangnya 70% daripada kira-kira 25,000 gen dalam genom manusia menjalani penyambungan alternatif dan itu, secara purata, gen tertentu menimbulkan 4 sebagai alternatif varian sambatan & # 8211 yang mengekod sejumlah 90,000 -100,000 protein yang berbeza dalam urutan mereka dan oleh itu, dalam aktiviti mereka.

Gen pertama ditranskripsikan ke dalam RNA pra-utusan (pra-mRNA), salinan DNA genom yang mengandungi kedua-dua intron (ditakdirkan biasanya untuk dikeluarkan semasa pemprosesan pra-mRNA) dan ekson (biasanya ditakdirkan untuk disimpan dalam mRNA di untuk mengekod urutan protein).

Semasa penyambungan RNA, ekson sama ada dikekalkan dalam mRNA atau disasarkan untuk penyingkiran dalam kombinasi yang berbeza untuk mencipta pelbagai pelbagai mRNA daripada pra-mRNA tunggal. Proses ini dikenali sebagai penyambungan RNA alternatif.”

Penyambungan & # 8216RNA secara khusus deregulasi dalam keadaan penyakit. Pemahaman yang tepat mengenai deregulasi ini dapat mengungkapkan sasaran baru untuk penemuan ubat yang lebih berkesan atau biomarker baru untuk pengembangan diagnostik yang lebih tepat. & # 8221

Spliceosome: “Penyambungan pra-mRNA adalah proses penting yang diatur dengan tepat yang berlaku selepas transkripsi gen dan sebelum terjemahan mRNA. Penyambungan pra-mRNA dimulakan dengan pemasangan dan tindakan terkoordinasi zarah U1, U2, U4, U5 dan U6 snRNP (zarah ribonukleoprotein nuklear kecil) dan protein bukan snRNP pada pra-mRNA. Setiap zarah snRNP mengandungi molekul RNA nuklear kecil (snRNA) dan beberapa protein. Kompleks snRNP dan bukan snRNP dipanggil spliceosome. Proses penyambungan pra-mRNA boleh dibahagikan kepada tiga peringkat (Lawati rajah dari Buku Biologi Sel Molekul untuk maklumat lebih lanjut atau filem animasi & # 8211 & # 8221 Sumber Pencari Penyambungan Manusia, penyambungan RNA pra-utusan. Anda juga boleh menyemak penjelasan tambahan ini.

Laman penyambungan kripto: & # 8220Enomariotik genom mengandungi sebilangan besar tapak penyambungan, yang dikenali sebagai tapak penyambungan kripto (css), yang secara amnya dianggap sebagai laman web yang tidak aktif yang tidak aktif atau hanya digunakan pada tahap rendah kecuali diaktifkan oleh mutasi laman penyambungan yang sahih atau berfaedah berdekatan (1 , 2). Setelah diaktifkan, css dapat digunakan dengan sangat efisien, mengakibatkan berbagai penyakit genetik (3-5). Secara amnya diterima bahawa css ditindas oleh tapak sambatan yang lebih kuat berdekatan dan pemilihan tapak sambatan boleh dilihat sebagai persaingan antara pelbagai tapak sambatan yang berpotensi dalam pra-mRNA untuk jentera sambatan (1,2). & # 8212 Bagi gen yang mempunyai banyak intron adalah disyaki bahawa sehingga 50% mutasi yang menyebabkan penyakit berbuat demikian dengan menjejaskan penyambungan, sama ada melalui pengaktifan css, ekson skipping atau gangguan penyambungan alternatif (4–7). Css dijumpai di ekson dan juga intron dan pengecamannya oleh mesin penyambungan serupa dengan pengecaman tapak sambatan secara umum dan bergantung pada maklumat baik di lokasi penyambungan dan di luar rantau ini pada urutan penambah dan penyenyap (8-10). & #8221 Daripada penerbitan 2011 Laman penyambungan kripto dan gen pemisah.

HGPS dan progerin sememangnya mempunyai kaitan dengan penuaan normal

Sehingga tahun 2006, tiada siapa yang benar-benar menyangka bahawa terdapat banyak pertindihan sebenar antara HGPS dan penuaan normal. Lagipun, ramai pakar memanggil HGPS sebagai "karikatur penuaan", mengatakan bahawa penyakit ini tidak mempunyai persamaan dengan penuaan biasa. Malah saintis pakar yang mengkaji biologi penuaan tidak menyangka begitu progerin, bentuk mutan prelamin A, terkumpul dalam sel yang mengalami penuaan normal. Tidak ada yang mengatakan bahawa hari ini. Semua "dogma" lama itu telah dibuang keluar kerana beberapa pasukan penyelidikan bebas telah menerbitkan data antara 2006 dan 2013 yang mengesahkan bahawa progerin terkumpul dalam sel-sel kulit normal dengan penuaan dan mencetuskan ciri sel dan molekul HGPS yang sama (yang akan dijelaskan secara terperinci di bahagian # 3 di bawah). Berikut ialah kajian yang telah mengubah "dogma":

2006 Kecacatan Nuklear Bergantung Lamin A dalam Penuaan Manusia. Scaffidi dan Mistelli dari makmal NIH menunjukkan bahawa tapak splice samar yang sama dalam exon 11 daripada LMNA gen digunakan oleh spliceosome pada individu yang sihat dan menyumbang kepada penuaan normal pada setiap orang. Manakala tapak splice alternatif ini digunakan secara konstitutif dalam HGPS, ia hanya digunakan secara sporadis dalam penuaan biasa tetapi mencipta kecacatan nuklear yang sama seperti HGPS (bentuk nuklear yang tidak normal, perubahan dalam pengubahsuaian histon, dan peningkatan kerosakan DNA).

2007 – Bentuk Mutant Lamin A yang Menyebabkan Hutchinson-Gilford Progeria Merupakan Biomarker Penuaan Selular pada Kulit Manusia McClintock dan kumpulan dari Columbia University, Brown University, dan NIH melakukan satu siri biopsi pada individu normal dari bayi baru lahir hingga umur 97 tahun menunjukkan bahawa mRNA progerin dan tahap protein progerin boleh diukur dalam 150 biopsi kulit dari semua kumpulan umur pada tahap rendah, tetapi bahawa protein progerin terutama dilokalisasikan pada kulit pada subset fibroblas dermis berhampiran membran bawah tanah dan dermis papillary pada orang muda, sedangkan dengan penuaan bilangan fibroblas dermal dengan progerin meningkat dan meluas ke dermis retikular dalam pada pesakit tua. Mereka mendokumentasikan bahawa progerin adalah biomarker penuaan selular normal dan dikaitkan dengan "pembezaan terminal" dan penuaan selular.

2013 – Cahaya UV Longwave mendorong Progerin yang Berkaitan dengan Penuaan Takeuchi dan Runger menunjukkan bahawa sinar UVA (315-400nm) tetapi tidak UVB, menyebabkan ekspresi progerin dan perubahan seperti HGPS pada semua sel yang terdedah kepada cahaya UVA, tetapi lebih banyak pada sel yang berumur. Mekanisme molekul adalah induksi UVA spesies oksigen reaktif (oksigen tunggal), yang mencetuskan penyambungan alternatif pra-mRNA LMNA, dan pengeluaran protein progerin seterusnya. Satu dos sinaran UVA meningkat progerin pengeluaran sebanyak 2.5-2.7 kali lipat, tetapi kenaikan ini tidak mendorong tahap progerin seperti yang dilihat pada awal sel kulit yang berasal dari pesakit HGPS di mana progerin Tahap mRNA 47.5 kali lebih tinggi. Lebih-lebih lagi, peningkatan tahap progerin mRNA kembali normal dalam 24 jam pada fibroblas kulit muda tetapi tidak pada kulit normal dari pesakit yang lebih tua atau pada kulit dari pesakit HGPS. Bahagian yang direka dengan baik dalam kajian ini membuktikan bahawa peningkatan dalam progerin mRNA adalah tidak disebabkan oleh peningkatan keseluruhan ungkapan LMNA gen, sejak normal LMNA pra-mRNA tidak meningkat dengan pendedahan cahaya UVA atau UVB (dengan kata lain, sinar UV tidak meningkatkan transkripsi LMNA gen, tetapi ia mengubah penyambungan alternatif gen LMNA).

Terdapat beberapa "berita baik" dalam kajian mercu tanda ini oleh Takeuchi dan Runger. Mereka mengulangi eksperimen pada sel-sel fibroblas kulit normal, tetapi menambahkan anti-oksidan pada sel secara in vitro kajian yang memadamkan radikal bebas oksigen singlet (natrium azida). Ini benar-benar menghalang pengeluaran progerin setelah terdedah kepada sinar UVA, tetapi tidak menurunkan progerin awal pada fibroblas kulit. Kajian ini memberi kepercayaan kepada idea bahawa anti-oksidan boleh membantu mencegah tetapi tidak merawat penuaan kulit.

Ringkasan: Kajian di atas dengan jelas menunjukkan bahawa penggunaan tapak penyambungan kripto pada ekson 11 berlaku dengan penuaan normal dari usia 0 hingga 97 dan ini mendorong penyambungan alternatif LMNA pra-mRNA, menghasilkan protein progerin dengan penuaan kulit yang normal. Ini juga menunjukkan bahawa cahaya UVA (315-400 nm) mempercepat fenomena ini, tetapi bukan cahaya UVB (yang merosakkan DNA dan RNA) yang tidak mendorong penyambungan alternatif. Kajian terdahulu telah menunjukkan bahawa UVC juga mendorong penyambungan alternatif beberapa gen yang mengawal apoptosis dan percambahan sel (ekson 4 melangkau dalam Babi3 transkrip, penyambungan alternatif MDM2 dan MDM4 transkrip, penyambungan alternatif ABL1, CHEK2, dan PETA4K2 transkrip). Oleh itu "dogma lama" bahawa HGPS dan penuaan normal tidak mempunyai persamaan adalah jelas salah dan telah ditinggalkan.

IV. KITA SEMUA ADA “PROGERIA VASKULAR“

Ringkasan:Gen LMNA secara alternatif disambungkan di saluran darah kita dengan penuaan selular yang disebabkan oleh pemendekan sel, serta 3 gen lain yang disambung secara alternatif. Kita semua mempunyai jenis progeria yang sama seperti dalam HGPS. Ia hanya berfungsi lebih perlahan.

A. Pengenalan

Baru-baru ini, sebuah penerbitan oleh Olive dan rakan sekerja menunjukkan bahawa progerin terbentuk di beberapa sel di Adventitia dari dinding arteri, dengan progerin terdapat hanya dalam 1 dari setiap 1.000 sel pada bayi baru lahir satu bulan, menjadi 20 dari 1.000 sel oleh 97 tahun. Kenaikan tersebut meningkat sebanyak 3.34% setiap tahun. Menariknya, progerin dalam sel-sel ini terkumpul dalam sitoplasma, yang mencadangkan bahawa protein mutan terkumpul dari semasa ke semasa selepas kejadian mitosis berulang. Ketika sel-sel ini dianalisis, jelas bahawa laman penyambungan kripto yang sama di exon 11 digunakan dalam sel-sel endotel ini yang berasal dari sukarelawan yang sihat dan normal. Berikut adalah fotomikrograf progerin yang berkembang di Adventitia, media, dan plak pada saluran darah koronari pada pesakit bukan HGPS:

Rujukan: 2010 Patologi Kardiovaskular di Hutchinson-Gilford Progeria: Korelasi dengan Patologi Vaskular Penuaan & # 8220 ... Yang penting, walaupun progerin dikesan pada kadar yang lebih tinggi di arteri koronari HGPS, ia juga terdapat pada individu yang bukan HGPS. Antara umur satu bulan dan 97 tahun, pewarnaan progerin meningkat purata 3.34% setahun (P<0.0001) dalam arteri koronari. & # 8212 Kesimpulan: Kami menemui kesesuaian antara banyak aspek patologi kardiovaskular pada pesakit HGPS dan geriatrik. HGPS menghasilkan fibrosis permulaan yang lebih menonjol daripada CVD biasa. Penjanaan progerin vaskular pada individu muda bukan HGPS, yang meningkat dengan ketara sepanjang hayat, sangat menunjukkan bahawa progerin mempunyai peranan dalam penuaan CV pada populasi umum. & # 8221

Satu lagi kajian terbaru menunjukkan bahawa penuaan selular mengaktifkan LMNA sisi sambatan kripto dan mendorong pengeluaran progerin, sedangkan sel yang diabadikan menekan pengeluaran progerin. Ketika mereka melihat dengan dekat penyebab penuaan selular, mereka menunjukkan bahawa pengeluaran progerin bergantung pada pemendekan telomere. Secara khusus, ini berlaku apabila penuaan selular disebabkan oleh onkogen (H-rasV12) atau oleh natrium butirat, penghambat HDAC yang mendorong penuaan sel dalam sel dengan telomer normal. Berikut adalah data dari ini:

Kajian yang paling menarik, bagaimanapun, adalah penerbitan terbaru yang menunjukkan bagaimana penyambungan alternatif dalam 4 gen utama berlaku dengan penuaan sel endotel. Salah satu daripada 4 gen ini yang mengalami penyambungan alternatif yang berkaitan dengan penuaan adalah pra-mRNA LMNA. Kajian ini dibahas secara terperinci di bawah.

B. Penyambungan Alternatif Memainkan Peranan dalam Senescence Endothelial

SRSF1 nampaknya menjadi pengawal selia berapa banyak dan jenis penyambungan alternatif yang berlaku dalam sel endothelial

Kemungkinan bahawa penyambungan alternatif memainkan peranan dalam penuaan endothelial menimbulkan banjir penyelidikan sejak 8 tahun lalu yang telah membawa kepada beberapa penemuan terobosan. Secara khusus, sekarang ada bukti kuat bahawa penyambungan alternatif sekurang-kurangnya 4 gen pra-mRNA memainkan peranan utama dalam penuaan sel endotel, aterosklerosis, hipertensi, penyakit arteri koronari, penyakit serebrovaskular, penyakit renovaskular, dan penyakit arteri perifer. Faktor penyambungan yang paling banyak dikaji yang mengawal penyambungan gen yang melibatkan penyakit aterosklerotik adalah faktor penyambungan serine-arginine 1 (SRSF1). SRSF1 memainkan peranan dalam kedua-dua "penyambungan konstitutif" dan "penyambungan alternatif" pra-mRNA, tetapi mempunyai banyak peranan bukan jarak lain dalam sel juga (eksport nuklear mRNA, kestabilan mRNA, kawalan kualiti mRNA, terjemahan mRNA, penyelenggaraan kestabilan genom, dan transformasi onkogenik.

C. Contoh empat gen yang secara alternatif disambungkan pada sel endotelmembawa kepada penuaan sel endothelial, aterosklerosis, CAD, hipertensi, strok, dll.

Walaupun terdapat lebih banyak gen yang disambung secara alternatif yang berperanan dalam penuaan sel endotel, kini jelas bahawa sekurang-kurangnya empat gen mengalami penyambungan alternatif yang diatur oleh SRSF1. Ini termasuk faktor pertumbuhan endotel vaskular A (VEGFAgen faktor faktor (TF) (T3gen lamin A (LMNA), dan gen endoglobin (ENG). Menariknya, setiap empat gen ini menjalani jenis penyambungan alternatif yang berbeza. Atas sebab ini, ini adalah masa yang tepat untuk menyelidiki pelbagai jenis penyambungan alternatif yang telah ditemui.

C1. Gen Faktor Tisu (T3) Contoh daripada “exon skipping” dalam gen endotelial utama yang melibatkan penuaan sel

Protein yang dibuat oleh gen faktor tisu (T3) adalah pemula utama pembekuan darah. Dengan aterosklerosis, keadaan hiperkoaguabiliti wujud yang sebahagiannya disebabkan oleh protein Faktor Tisu (TF). Biasanya, TF dinyatakan sebagai glikoprotein transmembran dan tidak dirembeskan ke dalam aliran darah, tetapi apabila trauma tisu berlaku atau apabila terdapat sitokin pro-radang dalam aliran darah, bentuk TF terlarut dihasilkan dan dirembeskan oleh sel endothelial. Bentuk protein TF yang larut ini berlaku kerana penyambungan alternatif yang disebabkan oleh pengaktifan SRSF1. Apabila SRSF1 diaktifkan atau diekspresikan secara berlebihan, exon #5 "dilangkau" semasa penyambungan pra-mRNA. Exon # 4 secara langsung dihubungkan ke exon # 6, menghasilkan mRNA dengan "translational frameshift", yang membawa kepada pengeluaran bentuk TF yang larut. Jenis penyambungan alternatif "exon skipping" T3 gen digambarkan di bawah:

Salah satu akibat dari sitokin pro-radang yang beredar adalah trombosis vena dalam (DVT) dan pembekuan arteri dengan serangan jantung dan strok. Sitokin pro-radang yang disebabkan penyambungan alternatif, diarahkan oleh SRSF1, membawa kepada ekson #5 melangkau T3 gen, dengan itu mewujudkan bentuk Tissue Factor (TF) yang larut dan tersembunyi. Fenomena ini menyumbang kepada penuaan endothelial dan penyakit yang dipanggil arteriosklerosis.

C2. Gen Faktor Pertumbuhan Endothelial Vaskular A (VEGFA)Contoh pemilihan lokasi penyambungan 3 'yang tidak normal (3'-SS) dalam gen endotelial utama yang melibatkan penuaan sel.

Gen VEGF ialah gen faktor pertumbuhan terkenal yang biasanya dianggap hanya mempunyai peranan angiogenik. Walau bagaimanapun, ini adalah salah tanggapan besar! The VEGFA gen sebenarnya boleh menjadi pro-angiogenik atau anti-angiogenik, bergantung pada bagaimana ia disambungkan. The VEGFA gen sebenarnya menghasilkan dua keluarga isoform yang dihasilkan oleh lokasi penyambungan alternatif di terminal eksonnya # 8. Sebagai tindak balas kepada isyarat IGF-1, SRSF1 dihambat dan spliceosome memilih tapak sambatan proksimal (PSS) 3 'pada exon 8, yang menghasilkan isoform pro-angiogenik VEGF (aka VEGFa). Walau bagaimanapun, jika isyarat TGF-beta berlaku dan mengatasi isyarat IGF-1, SRSF1 diaktifkan dan kemudian memilih lokasi penyambungan distal (DSS) 3 'pada exon 8, yang menghasilkan isoform anti-angiogenik VEGF, yang disebut VEGFb. Berikut ialah gambar rajah yang menggambarkan dua tapak sambatan alternatif dalam VEGF pra-mRNA:

Kesimpulan tentang VEGFA: IGF-1 mendorong penggunaan tapak sambungan 3 'proksimal di exon # 8 dan menghalang SRSF1, menghasilkan isoform faktor pertumbuhan endotel vaskular yang pro-angiogenik. TGF-beta memadamkan kesan ini mengaktifkan SRSF1, yang memilih lokasi sambungan 3 'distal di ekson # 8, menghasilkan isoform faktor pertumbuhan endotel vaskular yang bersifat anti-angiogenik. Fenomena berlaku dengan penuaan sel endothelial.

C3. Gen endoglin (ENG) Contoh daripada pengekalan intron dalam gen sel endothelial utama yang melibatkan penuaan sel — menerangkan fibrosis vaskular pengantara TGF-beta, penindasan telomerase endothelial dan vena varikos!

Endoglin ialah reseptor tambahan tambahan untuk TGF-beta yang terdapat pada permukaan sel endothelial. Ia memainkan peranan penting dalam pembentukan semula vaskular dan angiogenesis. Mutasi dalam gen ini membawa kepada penyakit mengerikan yang disebut "telangiektasia hemoragik keturunan Jenis I. & # 8221 Fenotip penyakit ini adalah malformasi vaskular. Apabila sel endotel tidak senescent, mereka mengekspresikan isoform panjang pro-angiogenik gen yang disebut "L-endoglin". Namun, ketika sel endotel menjadi senescent, mereka mengekspresikan versi protein alternatif yang disebut "S-endoglin" yang anti-angiogenik dan pro-fibrotik. Perbezaan antara transkrip pra-mRNA L-endoglin dan S-endoglin melibatkan kemasukan intron antara ekson # 13 dan # 14. Sekiranya intron ini dikecualikan, anda mendapat L-endoglin dan produk proteinnya pro-angiogenik. Jika intron ini disertakan, disebabkan oleh pengaktifan SRSF1 spliceosome, maka anda mendapat S-endoglin dan produk protein yang menghasilkan fibrosis dinding saluran darah. Butiran tentang cara ini berfungsi sangat menarik, kerana ia menerangkan mengapa gen telomerase (hTERT) dikawal ke bawah dalam sel endothelial, sebagai tindak balas kepada isyarat TGF-beta/Smad3/c-myc.

Kesan teraruh penyambung alternatif S-endoglin ini juga menerangkan mengapa vena varikos berlaku, juga disebabkan oleh isyarat TGF-beta. Walau bagaimanapun, perincian cara kerjanya adalah rumit dan di luar pengenalan kepada penyambungan alternatif. Untuk maklumat lebih lanjut, lihat beberapa rujukan di bawah.

Kesimpulan mengenai ENG: Gen endoglobin memainkan peranan penting dalam sel endotel, kerana ia menyandikan reseptor tambahan untuk TGF-beta, faktor pertumbuhan yang terlibat dengan fibrosis, penuaan endotel, urat varikos, dan pemendekan telomere pada sel endotel. The ENG transkrip gen mengalami penyambungan alternatif, menghasilkan dua protein dengan kesan yang hampir bertentangan, bergantung kepada pengaktifan faktor penyambungan SRSF1. Apabila SRSF1 tidak diaktifkan, ENG pra-mRNA menjalani penyambungan normal. Apabila SRSF1 diaktifkan, kemasukan intron terjadi pada intron antara exon # 13 dan # 14, menghasilkan protein yang menyokong isyarat TGF-beta / Smad4 / c-myc. Laluan ini membawa kepada fibrosis dinding saluran darah, peraturan turun gen hTERT dalam sel endothelial, dan patologi vena varikos. Ini semua bermula dengan kemasukan satu intron!

C4. Gen Lamin A (LMNA) & # 8211 Contoh pemilihan lokasi sambatan 5 'alternatif (5'-SS) dalam gen sel endotel utama yang melibatkan penuaan sel

Gen Lamin A ada di mana-mana di semua sel mamalia, kerana ia adalah anggota struktur yang sangat diperlukan dari sampul nuklear. Seperti yang dilihat dalam HGPS, dalam penuaan fibroblas kulit biasa, dan dalam penuaan fibroblas kulit yang disebabkan oleh UVA, tapak sambatan samar yang sama dalam exon #11 juga digunakan dalam penuaan sel endothelial (senescence). Di sini SRSF1 mencetuskan penggunaan tapak splice samar sebagai tindak balas kepada tekanan oksidatif (ROS). Ini menghasilkan pra-mRNA yang pendek 150 nukleotida dan protein prelamin A yang kehilangan 50 asid amino. Versi prelamin A yang lebih pendek ini tidak melalui 4 langkah terakhir dalam pengubahsuaian pasca translasi prelamin A normal, yang membawa kepada bentuk mutan prelamin A yang tidak boleh dimasukkan ke dalam sampul nuklear. Akibatnya, prelamin A mutan terbentuk di dalam sel dan membawa kepada penuaan sel endotel. Berikut adalah gambaran pemilihan lokasi sambung 5 'yang tidak normal ini di LMNA gen.

D. Apa yang mencetuskan penyambungan alternatif yang disebabkan oleh SRSF1? Penuaan selular dan tekanan selular mendorong penyambungan alternatif yang dimediasi oleh SRSF1 sitoplasma. Akibatnya, sebenarnya pengumpulan SRSF1 dalam sitoplasma berlaku dengan penuaan selular.

D1. Banyak "pekerjaan" SRSF1? SRSF1 mempunyai 5 "pekerjaan" dalam nukleus dan 2 "pekerjaan" dalam sitoplasma.

Sekarang kami harap anda yakin bahawa penyambungan alternatif adalah subjek penting. Kami telah mengemukakan lebih banyak soalan daripada yang kami jawab. Namun, sekarang juga harus jelas bahawa SRSF1 adalah "pemain" utama dalam permainan penyambungan alternatif. Ada yang akan mengatakan bahawa SRSF1 ialah "penjual kad" yang mencampurkan "kad ekson" dalam permainan "kad gen" ini. Namun, untuk memanggil SRSF1 sebagai "faktor penyambungan", adalah pernyataan kotor! SRSF1 telah ditunjukkan mempunyai banyak fungsi yang berbeza, bergantung pada tempat ia berada. Dalam nukleus sel, ia mengawal penyambungan alternatif yang normal, pemprosesan miRNA, pereputan RNA yang tidak masuk akal, dan eksport mRNP. Dalam sitoplasma, ia mengaktifkan mTOR, yang meningkatkan permulaan terjemahan mRNA. Satu lagi fungsinya dalam sitoplasma adalah untuk mengantara penyambungan mRNA dalam spliceosome kecil, yang terdapat dalam sitoplasma. Berikut ialah gambar rajah 6 daripada 7 "pekerjaan" yang SRSF1 ada:

Rujukan gambar: 2014 Fungsi Muncul SRSF1, Faktor Splicing dan Oncoprotein, dalam Metabolisme RNA dan Kanser “Rajah 2. Protein SR pelbagai fungsi SRSF1. Fungsi SRSF1 yang bergantung dan berpasangan pada inti dan sitoplasma. EJC, kompleks persimpangan exon NFX1, faktor pertukaran nuklear 1 NPC, kompleks pori nuklear PTC, kodon penamatan pramatang. "

Berikut adalah senarai interaksi protein SRSF1 dan rakan pengikatnya:

Sekarang, kami pasti bahawa anda ingin tahu tentang apa yang mengaktifkan SRSF1? Jawapan mudah ialah ia bergantung kepada jika SRSF1 melakukan "penyambungan konstitutif" atau "penyambungan akibat tekanan". SRSF1 diperlukan untuk kedua-dua jenis peristiwa penyambungan, jadi tidak perlu tegangan selular berlaku untuk peristiwa penyambungan konstitutif yang dimediasi oleh SRSF1. Dengan penyambungan alternatif, pencetus biasa adalah tekanan. Bukan hanya tekanan oksidatif, tetapi tekanan lain juga dapat mengaktifkan SRSF1, seperti tekanan onkogenik, tekanan akibat UV, tekanan sinar-X, dan tekanan osmotik. Walau bagaimanapun, SRSF1 mesti menjalani fosforilasi oleh faktor penyambungan lain sebelum penyambungan konstitutif dan alternatif dapat berlaku. Terdapat beberapa enzim yang fosforilasi SRSF1 di lokasi tertentu, termasuk Clk / Sty 1,2,3, dan 4 kinase SRPK 1 dan 2 kinases dan topoisomerase I. SRSF1 juga dideposforilasi oleh fosfatase 1 dan 2 jika SRPK1 atau 2 fosforilat SRSF1 pada tapak khusus yang mendorong pengangkutan nuklear SRSF1. Pengangkutan sebenarnya berlaku oleh protein pengangkutan yang disebut "Transportin-SR". Clk / Sty kinases lebih jauh fosforilat SRSF1 dalam nukleus. Ini memindahkan SRSF1 dari titik nuklear ke lokasi transkripsi aktif, di mana ia mempromosikan penyambungan. Di bawah ini adalah graf kesan SRSF1 dalam skipping exon MDM2 pre-mRNA exon 11, yang berlaku ketika sel MCF-7 dipancarkan dengan sinar UV, dengan dan tanpa penurunan siRNA SRSF1.

D2. Kunci untuk Memahami SRSF1: Lokasi, Lokasi, Lokasi!

Apa yang lebih penting daripada sumber tekanan selular ialah lokasi SRSF1. Seperti yang mereka katakan dalam hartanah, 3 kunci adalah "lokasi, lokasi, lokasi ”. Perkara yang sama berlaku untuk SRSF1. Biasanya, SRSF1 terdapat di sitoplasma dan di dalam nukleus. Ia dapat memfosforilasi protein spliceosom utama dalam nukleus (memicu penyambungan normal pra-mRNA) atau dapat tetap di sitoplasma di mana ia dapat memfosforilasi protein spliceosom minor dalam sitoplasma (memicu penyambungan alternatif mRNA). Apa yang menentukan jika SRSF1 kekal di sitoplasma atau berhijrah ke nukleus sel? Protein kinases SRPK1 dan Clk / Sty menentukan ini. SRPK1 adalah satu lagi faktor splicing penting yang mesti ada dalam sitoplasma untuk memfosforilasi SRSF1 sebagai tindak balas kepada tekanan selular. Sekiranya "dos" tekanan tidak terlalu besar, maka SRPK1 tetap berada di sitoplasma dan terus menerus memfosforilasi SRSF1. Setelah SRSF1 difosforilasi oleh SRPK1, maka protein pengangkutan yang disebut "Transportin-SR" dapat mengikat SRSF1 dan "membawanya" ke dalam nukleus sel. Ketika SRSF1 berpindah ke nukleus sel, ia melokalisasi ke butiran heterokromatin yang disebut "nuklear nuklear". Oleh itu, fosforilasi SRSF1 oleh SRPK1 membolehkan SRSF1 bermigrasi ke dalam nukleus sel dan mengambil bahagian dalam acara "konstitutif splicing".

Oleh itu "lokasi, lokasi, lokasi” aturan untuk penyambungan normal adalah penyetempatan nuklear SRSF1, di mana SRSF1 menjadi penghubung penyambungan normal. Ini digambarkan dalam rajah di bawah:

D3. Apa yang berlaku dengan tekanan dos yang tinggi?Cytoplasmic & # 8220Lokasi, Lokasi, Lokasi ”SRSF1

Apabila dos tekanan selular cukup tinggi (disebabkan oleh ROS, UV, sinar-X, tekanan osmotik, panas, dan lain-lain), ia boleh mencetuskan jalur titik pemeriksaan yang dimediasi oleh p53 dan Rb. Ini mencetuskan penuaan selular. (Perbincangan menyeluruh tentang penuaan selular adalah di luar skop blog ini). Apabila ini berlaku, SRPK1 dibebaskan dari rakan pengikatnya (protein kejutan haba dan co-chaperones) dan difosforilasi oleh Akt. Ini mencetuskan penyetempatan nuklear SRPK1. Apabila ini berlaku, SRPK1 tidak lagi dapat memfosforilasi SRSF1, dan sebagai hasilnya, SRSF1 tidak dapat berpindah ke inti. Akibatnya, lebih banyak SRSF1 tertinggal dalam sitoplasma. Ini kedengaran "paradoks", tetapi ini sebenarnya yang berlaku. SRSF1 sebenarnya dapat memodulasi penyambungan alternatif dalam sitoplasma beberapa mRNA, seperti ENG mRNA, kerana ini melibatkan spliceosome kecil.

E. Apakah faktor lain yang menentukan Exon Skipping vs Exon Inclusion & # 8211 Cahaya UV dan perencat Topoisomerase bertindak pada RNA Polimerase II

Tekanan selular seperti cahaya UV dan tekanan genotoksik juga boleh mempengaruhi penyambungan alternatif melalui mekanisme molekul lain selain SRSF1 dan SRPK1. Salah satu contohnya adalah bagaimana perencat sinar UV atau topoisomerase I seperti camptothecin mempengaruhi pelepasan ekson atau kemasukan ekson. Cahaya UV atau camptothecin kedua-duanya memperlahankan kadar pemanjangan RNA Polymerase II berlaku, kerana ia menyalin transkrip RNA daripada DNA. Apabila RNA Polimerase II menyalin pada kadar yang pantas, ekson melangkau kadangkala akan berlaku. Apabila cahaya UV atau camptothecin diberikan kepada kanser kolon atau sel kanser payudara secara in vitro, ponteng exon tidak berlaku. Butiran tentang bagaimana ini berlaku adalah terlalu rumit untuk dibentangkan di sini. Berikut adalah rujukan untuk mereka yang ingin mendalami perkara ini dengan lebih terperinci.

Rujukan dan sumber imej: 2013 Faktor pemprosesan pra-mRNA memenuhi tindak balas kerosakan DNA. “RAJAH 2. Kerosakan DNA mempengaruhi keputusan penyambungan dengan memodulasi status fosforilasi RNAPII dan kadar pemanjangan transkripsi. Top1cc yang disebabkan oleh CPT mempunyai kesan langsung dan spesifik pada RNAPII. CPT mencetuskan tahap fosforilasi yang tinggi bagi subunit terbesar (Rpb1) RNPII (Baranello et al., 2010). Penyinaran ultraviolet (UV) menjejaskan penyambungan alternatif kotranskripsi dalam cara bebas p53, melalui hiperfosforilasi domain terminal karboksi RNAPII (CTD) dan perencatan pemanjangan transkrip (Muñoz et al., 2009).

Ringkasan: Dalam bahagian ini, kami dengan jelas menunjukkan bukti saintifik bahawa progerin terkumpul sebagai fungsi penuaan kronologi di dinding saluran darah individu normal yang tidak menghidap HGPS. Walaupun Adventitia mempunyai kepekatan progerin tertinggi, ia juga terkumpul di media dan intima juga. Pengumpulan progerin di dinding saluran darah hanya mempengaruhi 1 dari setiap 1.000 sel semasa lahir dan meningkat pada kadar 3.34% per tahun. Ketika sel-sel endotel membelah, mereka "menyebarkan" progerin ke generasi berikutnya sel anak. Penuaan selular yang disebabkan oleh telomer pendek tetapi bukan oleh onkogen adalah pencetus yang diperlukan untuk pengaktifan tapak splice samar dalam LMNA exon 11. Sekurang-kurangnya 3 gen lain menjalani penyambungan alternatif dengan penuaan sel endotel & # 8211 VEGFA, ENG, dan T3. 3 gen ini dan LMNA masing-masing disambungkan secara alternatif dengan kaedah penyambungan yang berbeza, dengan masing-masing menjalani penyambungan alternatif berikut:

Empat gen ini semuanya disebabkan oleh penyetempatan sitoplasma SRSF1, protein penyambungan yang terlibat dalam pelbagai set aktiviti selular termasuk penyambungan alternatif, pemprosesan miRNA, eksport RNP keluar dari nukleus, tindak balas tegasan nukleolar, pereputan mRNA pengantara yang tidak masuk akal dalam nukleus, dan pengaktifan mTOR dalam sitoplasma. Ringkasnya, SRSF1 memainkan peranan penting dalam penyambungan alternatif dan penuaan incellular.

V. HGPS: CONTOH BAGAIMANA MENGHASILKAN ALTERNATIF MENGHASILKAN PEMINAT DAN MENYELESAIKAN SELURUH CASCADE PENUAAN

Ringkasan:Pencetus penuaan dalam HGPS ialah protein mutan tunggal yang tidak dapat menyingkirkan "ekor" yang jauh (tiada "tapak pemotongan" pada protein). Versi prelamin A yang "tidak diclip", berfarnesilasi terkumpul dan menyebabkan penuaan dipercepatkan.

Pelajaran jelas pertama yang dapat kita pelajari dari HGPS adalah bahawa "satu kelainan gen tunggal boleh mencetuskan keseluruhan program penuaan ”. Ini bukan untuk mengatakan bahawa penuaan hanya disebabkan oleh mutasi tapak ruang samar di LMNA gen, tetapi satu laman penyambungan samar dapat mencetuskan semua penuaan. HGPS bukan satu-satunya penyakit yang boleh melakukan ini. Beberapa penyakit lain kerana mutasi satu titik pada gen yang sama sekali berbeza boleh melakukan perkara yang sama (Cth: sindrom Werner, sindrom Cockayne, xeroderma pigmentosum, Fanconi's anemia, dsb.). Walau bagaimanapun, tidak ada mutasi lain yang menghasilkan "fenotip penuaan" pada usia muda atau yang sangat mirip dengan penuaan normal. Sebagai contoh, sindrom Werner menghasilkan fenotip penuaan dipercepatkan yang kelihatan seperti penuaan biasa, tetapi berlaku kemudian dalam kehidupan (Inilah sebabnya sindrom Werner sering dipanggil "progeria dewasa"). Dalam kes HGPS, pencetus penuaan adalah mutasi titik dalam exon untuk gen pengkod protein yang dipanggil Lamin A (LMNA). LMNA kod untuk komponen struktur utama sitoskeleton nuklear, yang diperlukan untuk mengekalkan bentuk nuklear dan organisasi DNA. Mengekalkan struktur nukleus 3D ini sangat penting untuk fungsi sel normal.Lamin A, Lamin B, dan Lamin C menghasilkan perancah nuklear bersama beberapa protein Lamin lain, yang menghasilkan struktur 3D nukleus. Dalam HGPS, mutasi titik di LMNA gen menyebabkan isyarat sambatan yang tidak normal dalam kodon 608 dalam ekson 11 daripada LMNA pra-mRNA. Pada ketika ini, sitosin digantikan dengan nukleotida timin (C > 608 T). Berikut adalah gambaran mengenai ini:

Ini mengakibatkan sebahagian exon 11 dipotong dengan intron yang berdekatan (antara exon 11 dan exon 12). Akibatnya, 150 asid amino terakhir protein prelamin A hilang. Apabila 150 nukleotida terakhir dari ekson 11 dipotong oleh spliceosome, mRNA menghasilkan pra-protein mutan yang disebut prelamin A, dengan 50 asid amino yang hilang. Prelamin A ini tidak dapat diproses dengan betul semasa pengubahsuaian pasca terjemahan. Berikut adalah pengubahsuaian pasca protein prelamin A dalam jenis liar dan prelamin A HGPS:

Apabila prelamin A tidak diproses dengan betul dan tidak melepaskan "ekornya, protein disebut"progerin ”. Ia tidak dimasukkan ke dalam sampul nuklear dengan betul dan terkumpul di nukleus. Akibatnya Domain Bersekutu Lamin (LADs) kromatin pekat tidak berlabuh pada sampul nuklear. Berikut ialah ilustrasi bagaimana protein lamin sangat penting untuk menambat kromatin pekat (DNA yang disenyapkan) ke sampul nuklear.

"LAD Domain Associated LAD mungkin terdiri dari kromatin yang relatif pekat (garis tebal) dan agregat pada lamina nuklear. Kawasan penindasan lain mungkin saling berinteraksi di kawasan nuklear, seperti juga kawasan aktif. Kompleks yang dibentuk oleh komponen jentera transkripsi (kilang transkripsi) dan CTCF boleh menambat kawasan aktif bersama-sama. Bahagian hanya dua kromosom digambarkan, masing-masing dalam warna yang berbeza untuk kejelasan. Sebilangan besar interaksi berlaku dalam kromosom, dan relatif sedikit yang berlaku antara kromosom Bas van Steensel & amp Pekerjaan Dekker http://www.nature.com/ "

Ringkasan: 85-90% daripada kes HGPS adalah disebabkan oleh mutasi satu titik dalam kodon 608 dalam ekson 11 dalam gen LMNA yang mengekod untuk dua protein – Lamin A dan Lamin C. Akibatnya, tapak splice samar digunakan untuk “ eksais” 150 nukleotida terakhir akson 11 semasa pemprosesan pra-mRNA LMNA. Ini menghasilkan protein pra yang 50 asid amino terlalu pendek dan tidak mengandungi "endoproteolytic site" yang digunakan oleh enzim Zmpste24 untuk "memotong ekor" prelamin A. Akibatnya, prelamin A tidak dapat dimasukkan ke dalam sitoskeleton nuklear sel dan rentetan peristiwa berikut berlaku. Kejadian peristiwa inilah yang "menyebabkan penuaan", bukan prelamin A.

  1. Kehilangan saiz dan bentuk nukleus sel yang normal (Lamin A adalah protein struktur nuklear) dalam 70% sel. Inti mempunyai kerutan, herniasi, dan lobus unsur nuklearnya.
  2. Kehilangan protein sitoskeleton nuklear yang lain – Dengan HPGS, bukan sahaja tahap Lamin A berkurangan sebanyak 95% dalam nukleus sel, terdapat juga penurunan 6 kali ganda dalam jumlah Lamin B dalam nukleus juga. Lamin B adalah protein sitoskeleton nuklear yang penting yang dikodkan oleh gen yang sama (LMNA. Di HGPS, terdapat penurunan 70% tahap Lamin B juga. Protein sitoskeletal nuklear lain juga berkurangan atau tersalah letak, seperti polipeptida berkaitan lamina (LAP2s), yang juga habis 6 kali ganda.
  3. Kehilangan penahan kromatin ke sitoskeleton nuklear. Dengan HGPS, terdapat penurunan 2 kali ganda dalam protein (HP1), iaitu protein penambat yang menambat kromatin (protein histon) kepada sitoskeleton nuklear (iaitu protein lamina). HP1 disebut "protein penyesuai" atau "protein penghubung" yang menahan kromatin ke kerangka nuklear, memungkinkan kromatin disusun secara 3D.
  4. Pengurangan atau kehilangan sepenuhnya pembungkaman "DNA sampah". Terdapat tanda histon yang sangat penting yang menunjukkan luka DNA di sekeliling nukleosom "dimatikan" atau "senyap". Tanda histon ini adalah trimetilasi lisin 9 pada subunit histon H3 (aka H3K9me3). Dengan HGPS, dalam 60% sel pengubahsuaian histon H3K9me3 hilang. Trimetilasi H3K9 (H3K9me3) adalah ciri universal heterokromatin, bahagian DNA kita yang harus "disenyapkan". Apabila trimetilasi H3K9 histon hilang, DNA tidak lagi dipadatkan dan "DNA sampah" akan ditranskripsikan. Ini adalah perkara buruk yang membawa kepada penyataan semula elemen transposable, pseudogenes, dan pengulangan satelit, yang TIDAK harus ditranskrip. Oleh itu, kehilangan HP1 dan H3K9me3 yang berlaku akibat kehilangan struktur 3D nukleus akibat lamin A yang tidak normal bermakna bahawa sejumlah besar "DNA sampah" akan ditranskripsi, yang merupakan ciri molekul utama penuaan.

VI. ADA HARAPAN UNTUK HGPS & # 8211 PROGRAM PENUAAN BOLEH DIKEMBALIKAN ATAU DIPERLUKAN KE BAWAH

Pelajaran penting lain yang dapat kita pelajari dari HGPS ialah penyakit ini menunjukkan bahawa penuaan adalah lebih seperti program yang dipercepatkan daripada 100 tahun biasa (penuaan normal) kepada 15 tahun (HGPS). Alam telah memberi kita banyak contoh "program molekul", seperti kehamilan (panjang 9 bulan), embriogenesis (panjang 12 minggu), apoptosis (3-5 hari), irama sirkadian (panjang 1 hari), dan irama ultradian (kurang daripada 24 jam lamanya). Sukar bagi kebanyakan orang untuk menerima bahawa penuaan juga diprogramkan, tetapi terdapat bukti yang baik untuk ini. Bukti bukti terbaik terhadap jenis penuaan yang tidak diprogramkan adalah bahawa 100% manusia mengembangkan set ciri yang sama dengan penuaan dalam urutan kejadian yang serupa (presbiopia, alopecia, pemutihan rambut, penipisan kulit, aterosklerosis, perubahan warna kulit , menopaus, andropause, osteoporosis, arthritis, perubahan kognitif, sarcopenia, dsb.) Jika penuaan benar-benar berlaku secara rawak, peristiwa stokastik, ciri-ciri penuaan akan berlaku secara rawak dan tidak akan menjejaskan 100% manusia (iaitu peristiwa rawak don tidak berlaku 100% masa dalam urutan yang sama). Fakta bahawa lebih daripada 80% ciri penuaan normal juga dilihat pada kanak-kanak dengan HGPS menunjukkan bahawa penyakit ini benar-benar mempercepat penuaan model. Walau bagaimanapun, persoalan berjuta-juta dolar adalah bolehkah program penuaan ini dibalikkan atau diperlahankan?

Jawapan untuk HGPS adalah "ya" dan tiga kaedah di bawah menggambarkan bagaimana ini dapat dilakukan, sekurang-kurangnya pada tahap sel. Kaedah pertama menangani "penyebab hulu" HGPS. Dua seterusnya menangani lebih banyak "kesan hiliran" HPGS. Ketiganya menunjukkan hasil yang luar biasa dan mempunyai implikasi besar terhadap penuaan manusia. Dan, kaedah yang lebih baru dan lebih menakjubkan dilaporkan dalam bahagian seterusnya di bawah.

  1. Oligonukleotida Morpholino & # 8211 Pada tahun 2005, yang pertama berkesan secara in vitro terapi untuk sel progeria yang diperoleh daripada 5 individu yang sebenarnya mempunyai HGPS telah ditunjukkan oleh Paola Scaffidi dan Tom Mistily di Institut Kanser Kebangsaan, NIH (ref). Walaupun eksperimen bukti konsep mereka hanyalah kajian tabung uji, mereka dapat membalikkan ciri selular dan molekul sel HGPS, memulihkan bentuk ellipsoid normal sel dan memulihkan penghasilan protein lamin A yang normal dan bukan mutan. Yang menghairankan, strategi itu juga memulihkan lamin B, LAP2 dan HP1⍺ normal dalam 90% sel. Malah status histon H3K9me3 dipulihkan. Pembalikan fenotip HGPS pada tahap selular dan molekul tidak memerlukan sel untuk membahagi (mitosis) dan tidak memerlukan sel untuk membuka sitoskeleton nuklear mereka (yang berlaku dengan mitosis). Yang paling mengagumkan ialah tahap ekspresi gen normal juga berlaku pada 5 gen yang mereka periksa (MMP3, HAS3, TIMP3, MMP14, dan CCL8). Gen fibroblast ini disregulasi dalam HGPS dan penuaan normal (ref). Bagaimana mereka mendorong pembalikan penyakit yang mengerikan seperti ini? Oleh menyekat sisi sambatan yang tidak normal pada pra-mRNA LMNA. Ini dicapai dengan untaian sintetik nukleotida yang dipanggil "morfolino oligonukleotida”.

The morpholinos mempunyai urutan nukleotida yang sepadan dengan sempurna dengan 25 rantau nukleotida di tapak sambatan yang tidak normal dalam exon 11 pra-mRNA LMNA. (iaitu itu adalah helai antisense nukleotida). Morpholinos tidak dibuat dari DNA normal atau RNA dan oleh itu tidak berfungsi (sementara) seperti siRNA lakukan untuk menyekat mRNA yang diproses. Sebaliknya, morfolinos adalah urutan sintetik yang kelihatan seperti RNA atau DNA, tetapi tidak mempunyai kumpulan ribosa dan fosfat seperti RNA atau DNA. Sebaliknya, gula ribosa (atau deoksiribosa) telah digantikan dengan "cincin morpholino" 6 anggota dan penghubung fosfat telah digantikan dengan kumpulan hosforodiamidat. Berikut adalah gambar a morpholino oligonucleotide dan gambaran mengenai a morpholino mengikat ke tapak sambatan alternatif dalam exon pra-mRNA (bukan exon 11 dalam HGPS).

Hasil daripada dua perubahan sintetik pada oligonukleotida, morfolinos sangat stabil dan menentang degradasi oleh cincin morfolin. Mereka sangat stabil dan tidak dapat dikurangkan oleh enzim (Nuklease) yang merendahkan serpihan asid nukleik. Scaffidi dan Mistily mengambil sel fibroblast berbudaya yang diperoleh daripada pesakit dengan HGPS dan menunjukkan bahawa antisense morpholino yang menutupi laman penyambungan kripto pada pra-mRNA yang ditranskripsikan dari LMNA gen. The morpholinos menyekat pra-mRNA sebelum mesin penyambungan dapat sampai ke pra-mRNA. Kemudian apabila splicosome mengeluarkan intron dari LMNA sebelum mRNA, mereka tidak mengeluarkan 150 oligonukleotida terakhir dari ekson 11, sehingga memungkinkan protein Lamin A panjang penuh dibuat di ribosom.

  1. Perencat Farnesyl Transferease – Lamin A, seperti kebanyakan protein, mengalami pengubahsuaian pasca terjemahan. Sebelum protein Lamin A diubah, ia disebut "prelamin A". Prelamin A mengalami empat, modifikasi terjemahan pasca berturutan, seperti berikut:
    1. Farnesilation – Prelamin A mempunyai 98 asid amino pada terminal Cnya yang tidak terdapat dalam protein lamin A yang diproses akhir. 98 ekor asid amino dari prelamin A ini mempunyai motif CaaX yang memicu enzim yang disebut "Farnesyl Transferase" untuk menambahkan 15 karbon isoprenoid lipid ke protein yang disebut "farnesyl". Berikut ialah gambarajah farnesyl yang melekat pada protein:

    B. Pembebasan endoproteolitik 3 asid amino & # 8211 Langkah seterusnya dalam pemprosesan prelamin A pasca-terjemahan adalah penyingkiran tiga asid amino dari "ekor" prelamin A. Ini mungkin dilakukan oleh enzim, Zmpste24 (lihat ilustrasi di bawah).

    C. Metilasi carboxyterminus & # 8211 Langkah ke-3 dalam proses pasca translasi prelamin A adalah metilasi "ekor" prelamin A. Ini mungkin dilakukan oleh enzim, Icmt. Langkah ini juga digambarkan di bawah. Malangnya, dalam HGPS, prelamin A ini adalah protein mutan dan tidak menjalani langkah terakhir dalam pemprosesan pasca translasi, iaitu untuk mengeluarkan "ekor" prelamin A yang berfarnesilasi dan metilasi ini.

    D. Pembelahan "ekor" farnesylated, methylated dari prelamin A – Semua pengubahsuaian selepas terjemahan prelamin A di atas mesti dikeluarkan sebelum prelamin A menjadi "lamin A". Menariknya, enzim yang sama yang menjalankan langkah # 2 juga melakukan langkah Z inimpste24, enzim metalloproteinase zink. Berikut adalah rajah yang menunjukkan perbezaan antara pemprosesan prelamin A normal dan pemprosesan prelamin A HGPS, di mana langkah ini tidak berlaku

    Perencatan langkah pertama dalam proses di atas telah ditunjukkan untuk mengurangkan beberapa gejala HGPS dalam model sel penyakit, dalam model haiwan penyakit, dan dalam ujian klinikal manusia perencat Farnesyl Transferase. Inhibitor Farnesyl Transferase sangat berminat dengan biologi barah, kerana mereka menunjukkan banyak secara in vitro janji dalam merawat kanser dengan mutasi dalam ras keluarga onkogen (H-ras, N-ras, dan K-ras). Protein yang dihasilkan daripada setiap gen ini menjalani farnesilation, sama seperti prelamin A. Akibatnya, inhibitor farnesyl transferase telah menunjukkan janji dalam ujian klinikal untuk kanser di mana gen ini diredam, seperti barah pankreas (80% mempunyai K-ras mutasi), barah usus besar (40-50% mempunyai K-ras mutasi), kanser tiroid (50-80%) mempunyai mutasi sama ada K-ras, N-ras, atau H-ras), dan banyak lagi kanser lain. Berikut adalah beberapa struktur ubat penghambat farnesil transferase yang berbeza yang telah dikembangkan untuk barah.

    Malangnya, ujian klinikal perencat farnesyl transferase (FTI) untuk kanser semuanya gagal dan tiada satu pun yang diluluskan oleh FDA setakat ini. Ini disebabkan terutamanya oleh kesan sampingan ubat-ubatan, kerana ia bukan sahaja menghalang farnesilasi ras sebelum-protein, tetapi juga menghalang farnesilasi banyak pra-protein lain semasa pengubahsuaian pasca translasi. Untuk HGPS, hanya satu FTI telah menyelesaikan ujian klinikal fasa II. Pada pesakit progeria, FTI ini, disebut "lanafarnib", Mengurangi prevalensi strok, serangan iskemia sementara, dan sakit kepala. Ia juga meningkatkan ketinggian dan mengurangkan ketegaran tulang pada pesakit progeria ini apabila digabungkan dengan koktel dua ubat lain.

    1. perencat mTOR – Pada tahun 2012, Cao dan rakan-rakan dari makmal NIH melaporkan yang luar biasa secara in vitro eksperimen di mana mereka merawat fibroblas HGPS dengan perencat mTOR, rapamycin. Hebatnya, rapamycin menghilangkan pelepasan nuklear, menunda permulaan penuaan selular, dan meningkatkan degradasi protein progerin dalam fibroblas HGPS. Rapamycin juga menyebabkan autophagy, yang mengurangkan agregat progerin yang tidak larut.

    Berikut adalah rajah dari editorial yang ditulis mengenai subjek ini dengan penjelasan mekanistik ringkas dan jelas:

    VII. Mengapa HGPS de novo mutasi hanya heterozigot (satu salinan) dan mengapa diwarisi Mutasi HGPS memerlukan dua salinan homozigot) untuk mewujudkan gejala.

    Memahami biologi molekul di sebalik prinsip "kehilangan heterozigositas" dan "dominasi autosomal”

    HGPS mempunyai satu penemuan yang sangat aneh. Beberapa kes memerlukan dua "salinan buruk" LMNA gen (14%), manakala majoriti kes hanya mempunyai satu "salinan buruk" daripada LMNA gen (86%). Apabila diperlukan dua salinan buruk untuk menghasilkan penyakit dan gen ditemui pada kromosom bukan jantina (iaitu bukan X atau Y), ini dipanggil "Resesif autosom homozigot". Apabila penyakit itu boleh nyata walaupun hanya satu salinan gen yang bermutasi (walaupun terdapat salinan gen biasa), ini dipanggil "autosomal heterozigot dominan ”.

    Penemuan aneh lain dalam HGPS adalah bahawa semua kes resesif autosom homozigot disebabkan oleh "salinan buruk" yang diwarisi LMNA gen. Ini bermaksud bahawa kedua ibu bapa harus mempunyai "salinan buruk" LMNA gen dan kemudian mesti menyerahkan "salinan buruk" ini kepada anak-anak mereka. Walau bagaimanapun, penemuan ganjil lain dalam HGPS ialah semua kes dominan autosomal heterozigot adalah disebabkan oleh de novo mutasi, yang bermaksud satu "salinan buruk" gen LMNA berlaku secara spontan, di sel garis kuman dari ovari ibu atau testis ayah. Tidak terdapat kes HGPS dominan autosom heterozigot, kerana kanak-kanak ini tidak dapat mempunyai anak sendiri (mereka steril dan mati ketika remaja).

    Bagaimana kita dapat memahami ini "heterozigot" vs "homozigot" dalam HGPS? Nah, kita perlu kembali dan melihat bahagian gen LMNA yang bermutasi untuk memahami mengapa bahagian gen tertentu menghasilkan simptom dengan hanya satu salinan (dominasi autosomal) manakala bahagian gen yang lain menghasilkan simptom hanya jika kedua-dua salinan bermutasi ( resesif autosom). Tanpa memahami perkara ini, teka-teki tidak akan dapat diselesaikan dan kita akan terlepas prinsip kritikal yang merupakan kunci untuk memahami penuaan dan kanser – konsep "kehilangan heterozigositi".

    a. Mutasi dalam tapak bukan splice mencipta HGPS hanya jika kedua-dua salinan adalah buruk (iaitu resesif autosomal heterozigot). Terdapat mutasi lain dalam gen LMNA yang menghasilkan HGPS. Salah satu daripadanya ialah mutasi "K542N", yang terdapat dalam exon 10. Mutasi ini dipanggil "mutasi missense" kerana ia melibatkan bahagian pengekodan protein gen dan ia mengubah urutan asid amino protein lamin A dan C daripada a lisin ke arginin. Mutasi “K542N” dapat diturunkan dari generasi ke generasi kerana membawa satu salinan gen tidak menyebabkan penyakit. Sekiranya seseorang hanya mempunyai satu salinan mutasi "K542N" dalam gen LMNA, mereka tidak mengembangkan HGPS dan normal secara fenotip. Sekiranya orang (mewarisi) dua salinan mutasi "K542N", mereka akan menghidap penyakit ini. Ketika ahli genetik melihat urutan gen yang bermutasi dalam kes "K542N", mereka mendapati bahawa mutasi ini TIDAK mempengaruhi penyambungan! Ianya BUKAN dalam tapak splice. Sebaliknya, ia adalah bahagian pengekodan gen (exon 10) yang dikongsi oleh kedua-dua versi protein lamin A dan lamin C (iaitu kedua-dua varian sambatan, tetapi bukan di tempat sambatan). Penemuan ini merupakan satu kejayaan besar dalam memahami mengapa dan bagaimana kedua-dua salinan gen itu perlu dimutasi jika ia adalah mutasi "tapak bukan sambatan", manakala dengan mutasi tapak sambatan, hanya satu salinan gen yang perlu diubah.

    b. Mutasi tapak sambung membuat HGPS hanya jika satu salinan gen itu tidak baik (iaitu autosom homozigot dominan). Mutasi adalah mutasi titik dalam gen LMN, yang terdapat pada kromosom 1, pada lengan panjang di wilayah 22 (1q22). 86% daripada mutasi LMN melibatkan mutasi heterozigot tapak splicing, dipanggil "mutasi G608G", yang dinyatakan dalam cara dominan autosomal. Kes dominan autosom heterozigot ini semuanya de novo mutasi dan oleh itu tidak diwarisi (kerana pembawa mati sebelum mereka dapat mempunyai anak). Walau bagaimanapun, kaedah pewarisan resesif autosomal telah dijumpai dan disebabkan oleh mutasi homozigot pada sel gremlin. Di sini mutasi dipanggil "mutasi K542N". Dengan mutasi K542N, pembawa heterozigot adalah fenotipikal normal dan inilah sebabnya mutasi boleh diteruskan dari generasi ke generasi.

    VIII. KIMIA FAVORIT LAMA -METHYLENE BLUE & # 8211 BERKENAAN UNTUK SELESAIKAN PENYELESAIAN PROGERIN-SEL SEL HGPS DAN MUNGKIN DAPAT DIGUNAKAN UNTUK MENGHASILKAN HGPS DIRI

    Penyelidikan yang menyokong penemuan ini diterbitkan di Aging Cell dengan tarikh terbitan 14 Disember 2015 dalam publikasi Biru metilena mengurangkan kelainan nuklear dan mitokondria pada progeria & # 8220Hutchinson – Gilford progeria syndrome (HGPS), penyakit penuaan pramatang yang membawa maut, disebabkan oleh mutasi nukleotida tunggal pada LMNA gen.Laporan sebelumnya telah menumpukan pada fenotip nuklear dalam sel HGPS, namun potensi sumbangan mitokondria, pemain utama dalam penuaan normal, masih belum jelas. Menggunakan analisis mikroskopi resolusi tinggi, kami menunjukkan pecahan mitokondria bengkak dan berpecah-belah yang meningkat dengan ketara dan pengurangan ketara dalam mobiliti mitokondria dalam sel fibroblast HGPS. Terutama, ungkapan PGC-1α, pengatur pusat biogenesis mitokondria, dihambat oleh progerin. Untuk menyelamatkan kecacatan mitokondria, kami merawat sel-sel HGPS dengan metilena biru (MB) antioksidan yang menyasarkan mitokondria. Analisis kami menunjukkan bahawa rawatan MB bukan sahaja mengurangkan kecacatan mitokondria tetapi juga menyelamatkan keabnormalan nuklear ciri dalam sel HGPS. Analisis tambahan mencadangkan bahawa rawatan MB mengeluarkan progerin dari membran nuklear, menyelamatkan kehilangan heterochromatin perinuklear dan membetulkan ekspresi gen yang tidak terkawal dalam sel HGPS. Bersama-sama, hasil ini menunjukkan peranan disfungsi mitokondria dalam mengembangkan fenotip penuaan pramatang dalam sel HGPS dan mencadangkan MB sebagai pendekatan terapi yang menjanjikan untuk HGPS. & # 8221

    Artikel itu mencatatkan beberapa pemerhatian menarik lain yang berkaitan dengan HGPS yang tidak dibincangkan setakat ini dalam entri blog ini, saya (Vince) berpendapat petikan ini sangat menarik: “Progerin menekan ungkapan PGC-1α PGC-1α berfungsi sebagai inducer utama biogenesis mitokondria melalui pengaktifan bersama faktor pernafasan nuklear (NRFs), yang mengawal ekspresi gen nuklear yang mengekod protein mitokondria (Wu et al., 1999 Finck & Kelly, 2006). Dengan menggunakan susunan adipogenesis, kami sebelumnya melaporkan bahawa dalam adiposit HGPS, PGC-1α adalah gen yang paling lemah di bawah 84 gen yang terlibat dalam metabolisme tenaga (Xiong et al., 2013). Oleh itu, untuk memahami bagaimana progerin menyebabkan kecacatan mitokondria, kami mula-mula memeriksa ekspresi PGC-1α dalam fibroblas HGPS. Eksperimen RT-PCR kuantitatif mendedahkan bahawa tahap mRNA PGC-1α menurun sebanyak lapan kali ganda dalam garisan sel HGPS berbanding garisan sel normal (Rajah 3A). Imunofluoresensi dengan antibodi anti-PGC-1α menunjukkan kelemahan atau kehilangan sepenuhnya pewarnaan nuklear PGC-1α dalam sel HGPS (Gamb. 3B). Analisis Western blotting mengesahkan lagi pengurangan protein PGC-1α dalam sel HGPS (Rajah 3C). Selaras dengan peraturan bawah PGC-1α, kami mendapati bahawa kebanyakan gen sasaran hiliran PGC-1α & # 8217s, termasuk Nrf1, Tfam1, Mfn1, Mfn2, Opa1, Fis1, dan Drp1 (Dillon et al., 2012), telah ditindas dengan ketara dalam sel HGPS (Rajah 3D). Kami selanjutnya mengesahkan kesan perencatan progerin pada PGC-1α menggunakan lentivirus yang menyatakan GFP-progerin (Rajah 3E). Untuk menguji sama ada pemulihan PGC-1α dalam sel HGPS mengurangkan kecacatan mitokondria, lentivirus yang membawa sama ada gen lamin A (LA) kawalan atau gen PGC-1α manusia digunakan pada sel fibroblast HGPS (Rajah 3F). Yang mengejutkan kami, kami tidak mengesan peningkatan yang jelas dalam morfologi atau tingkah laku mitokondria (gambar sel yang ditunjukkan dalam Rajah 3G). Sebaliknya, ROS mitokondria tinggi dalam sel pengekspres PGC-1α didapati, berbanding dengan sel pengekspres lamin A (LA) kawalan (Rajah 3F). Secara keseluruhan, hasil ini menunjukkan bahawa sementara PGC-1α memiliki peranan yang mantap dalam mengatur biogenesis mitokondria, pembetulan ekspresi PGC-1α saja mungkin tidak mencukupi untuk menyelamatkan fenotip mitokondria yang teruk yang disebabkan oleh progerin. "

    IX. SULFORAPHANE JUGA NAMPAK MENINGKATKAN PEMBERSIHAN PROGERIN

    Artikel 2015 dalam Aging Cell. Melaporkan bagaimana bahan lain yang dikenali dapat membersihkan progerin dari sel HGPS dan membalikkan gejala HGPS fenotipik pada tahap sel. Sulforaphane meningkatkan pelepasan progerin dalam fibroblas progeria Hutchinson-Gilford. “Sindrom progeria Hutchinson-Gilford (HGPS, OMIM 176670) ialah gangguan penuaan pramatang kanak-kanak berbilang sistem yang jarang berlaku yang dikaitkan dengan mutasi dalam gen LMNA. Mutasi HGPS yang paling biasa ditemui pada kedudukan G608G dalam exon 11 gen LMNA. Mutasi ini mengakibatkan penghapusan 50 asid amino di ekor karboksil-terminal prelamin A, dan protein terpotong disebut progerin. Progerin hanya menjalani subset daripada pengubahsuaian pasca terjemahan biasa dan kekal berjauhan secara kekal. Beberapa usaha untuk menyelamatkan fenotip selular normal dengan perencat farnesyltransferase (FTI) dan sebatian lain telah mengakibatkan pemulihan selular separa. Menggunakan proteomik, kami melaporkan di sini bahawa progerin mendorong perubahan dalam komposisi proteom nuklear HGPS, termasuk perubahan kepada beberapa komponen laluan degradasi protein. Akibatnya, aktiviti proteasome dan autophagy terjejas dalam sel HGPS. Untuk memulihkan pelepasan protein dalam sel HGPS, kami merawat kultur HGPS dengan sulforaphane (SFN), antioksidan yang diperoleh daripada sayur-sayuran silangan. Kami menentukan bahawa SFN merangsang aktiviti proteasome dan autophagy pada kultur fibroblas normal dan HGPS. Khususnya, SFN meningkatkan pelepasan progerin oleh autophagy dan membalikkan perubahan fenotip yang merupakan ciri khas HGPS. Oleh itu, SFN adalah jalan terapi yang menjanjikan untuk kanak-kanak dengan HGPS.

    Sebagai ulasan terakhir, berdasarkan keputusan yang sangat terkini ini, saya (Vince) akan bertaruh bahawa terdapat beberapa antioksidan mitokondria biasa lain yang boleh membalikkan ciri fenotip HGPS pada tahap sel sekurang-kurangnya. Saya optimis bahawa kita akan dapat mengalahkan penyakit yang mengerikan ini untuk selama-lamanya. Mempelajari HGPS kira-kira belasan tahun yang lalu adalah faktor emosi utama untuk menjadikan sains umur panjang sebagai kerjaya saya sekarang.


    Bencana Chernobyl: Susulan

    Walaupun kawasan di sekitar bencana Chernobyl mungkin tidak selamat untuk kehidupan manusia selama beribu-ribu tahun, namun Zon Pengecualian sekitar stesen janakuasa nuklear Chernobyl telah menjadi tempat perlindungan hidupan liar. Apabila manusia dipindahkan dari kawasan itu 25 tahun yang lalu, populasi haiwan sedia ada bertambah banyak dan spesies jarang ditemui selama berabad-abad telah kembali atau telah diperkenalkan semula, contohnya lynx, babi hutan, serigala, beruang coklat Eurasia, bison Eropah, kuda Przewalski, dan helang burung hantu Zon Pengecualian begitu subur dengan hidupan liar dan kehijauan sehingga pada tahun 2007 kerajaan Ukraine menetapkannya sebagai tempat perlindungan hidupan liar. Ia kini merupakan salah satu tempat perlindungan hidupan liar terbesar di Eropah.


    Tonton video: Jenis Mutagen Penyebab Mutasi (Disember 2022).