麻省理工学院的神经科学家们使用一种以前无法在哺乳动物大脑中实现的基因筛选方法，发现了数百种神经元存活所必需的基因。该方法还发现一种能保护致亨廷顿舞蹈症（Huntington’s disease）突变蛋白毒性作用的基因。

科学家们的这些努力为亨廷顿舞蹈症提供了至少一种有希望的药物靶点： 在亨廷顿舞蹈症患者脑内聚集并形成团块之前，帮助细胞分解突变的亨廷顿蛋白的基因族。

麻省理工脑与认知科学系神经科学副教授，该研究的高级作者Myriam Heiman说，“这些基因之前从未与亨廷顿舞蹈症的发病过程联系在一起。所以当我们发现它们时，非常激动。因为我们不仅发现了一个基因，实际上是发现了一个基因族的多个基因，并且我们发现它们对亨廷顿舞蹈症的两种模型都有影响。”

麻省理工学院皮考尔学习与记忆中心和麻省理工-哈佛博德研究所的Heiman说，这个新基因筛选技术能评估小鼠大脑中发现的约22,000个基因，还可以应用于其他神经系统疾病，包括阿尔茨海默症和帕金森症。

该发现已发表在《神经细胞》（Neuron）上，博德研究所的博后Mary Wertz是这篇论文的主要作者。

— 全基因组筛查 —

数十年来，生物学家一直在对模型生物（例如小鼠，果蝇和C线虫）进行筛选，系统地剪切掉它们的单个基因，然后观察其对细胞存活的影响。但是，小鼠大脑中从未做过这种筛选。其中一个主要原因就是在大脑中进行这些遗传学操作所需的分子机制比在机体中的其他地方困难得多。

“这些无偏的基因筛选功能非常强大，但是在中枢神经系统中以全基因组规模进行遗传筛选的技术难题仍未解决，” Heiman说。

近年来，博德研究所（Broad Institute）的研究人员开发了遗传物质库，可用于关闭小鼠基因组中已发现的每个基因的表达。其中一个库是基于短发夹RNA（shRNA）的，它会干扰携带特定基因信息的信使RNA。另一个库利用了CRISPR技术，破坏或删除细胞中特定基因。这些库由不同病毒递送，每种病毒都带有一个靶向单个基因。

这些库被设计成大约22,000个小鼠基因的每一个基因都由4或5个shRNA或CRISPR组件为靶点，因此要有80000至100,000个病毒进入大脑才能确保所有基因至少被击中一次。麻省理工学院的研究小组提出了一种使病毒溶液高度浓缩并将其直接注射到大脑纹状体中的方法。这种方法能将shRNA或CRISPR元素之一传递至纹状体中约25％的细胞内。

研究人员把重点放在参与调节运动控制，认知和情绪的纹状体上，是因为纹状体是受亨廷顿舞蹈症影响最大的脑部区域。它也与帕金森症，自闭症和毒瘾有关。

注射后七个月左右，研究人员对小鼠纹状体神经元中的所有基因组DNA进行了测序。他们的方法基于这样的假设，即如果特定基因对于神经元的生存是必需的，那么那些基因被剪切掉的细胞将会死亡。那么，shRNA或CRISPR元素将在细胞总数中以较低的比率被发现。

该研究发现了许多细胞存活所必需的基因，如参与细胞代谢或将DNA复制到RNA中的酶。该研究还揭示了在先前果蝇和蠕虫研究中已确定对神经元功能很重要的基因，如关联突触功能（允许神经元相互交流的结构）的基因。

然而，Heiman说，这项研究的新发现是鉴定出先前认为与神经元存活没有关联的基因。它们中有许多是编码代谢蛋白质的基因，这些蛋白质是高耗能细胞所必需的。

“对此，我们认为与C线虫中的神经元相比，哺乳动物大脑中的神经元代谢更活跃，对这些过程的依赖性也更高。” Heiman说。

加州大学洛杉矶分校的精神病学和生物行为科学教授William Yang称这种新的筛选技术是大脑研究领域的“一项巨大飞跃”。他并未参与此项研究，但他解释道：“虽然在此之前，人们的确可以逐个研究每个基因的分子功能，或者一次研究几个基因。但这项研究的开创性在于它证明了哺乳动物的中枢神经系统中也可以进行全基因组的遗传筛选。”

— 有希望的靶点 —

研究人员在两种不同的亨廷顿舞蹈症小鼠模型上进行了同类型的筛选。这些小鼠模型表达了亨廷顿蛋白的突变形式，即在亨廷顿舞蹈症患者大脑中已形成了团块。在这种情况下，研究人员将亨廷顿小鼠的筛选结果与正常小鼠的进行对比。Heiman说，如果在亨廷顿小鼠中发现shRNA或CRISPR元素的频率较低，则表明这些元素靶向的基因有助于使细胞更能抵抗亨廷顿蛋白的毒性作用。

Nme基因族是此次筛选中出现的一个有希望的药物靶点，该族以前与癌症转移有关，但与亨廷顿舞蹈症无关。麻省理工学院的研究小组发现，其中一个基因——Nme1可调节蛋白质正确处理其他相关基因的表达。研究人员推测，这些基因如果没有Nme1就不会被高度激活，从而使亨廷顿蛋白在大脑中蓄积。研究还显示，当Nime1在亨廷顿小鼠模型中过度表达时，亨廷顿舞蹈症病状有所改善。

Heiman说，尽管该基因以前没有与亨廷顿舞蹈症关联在一起，但已经有研究靶向该基因的化合物治疗癌症的开发。

她说：“我们非常兴奋，因为理论上，这是可药物化的化合物。如果我们可以用一个小分子增加其活性，也许我们可以复制基因过度表达的作用。”

外文：Genetic screen offers new drug targets for Huntington’s disease