《Cell丨CRB1突变引起细菌依赖的视网膜色素变性的分子机制》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-02-27
  • 2024年2月26日,广州医科大学附属第二医院魏来教授团队、中山大学中山眼科中心张峰教授团队、与中山大学附属第一医院魏泓教授团队、英国University College London/Moorfields Eye Hospital的Richard RW Lee教授团队合作在Cell发表题为 CRB1-associated retinal degeneration is dependent on bacterial translocation from the gut 的文章。

    遗传性视网膜疾病是一类由基因突变引起的致盲眼病。多发病于儿童及青少年阶段,是该阶段最大的致盲原因,人群发病率约为1/2000,且几乎无药可医。至今,已有超过250个基因的突变可能导致遗传性视网膜疾病,如Leber先天性黑矇、视网膜色素变性等。其中,CRB1基因突变是最常见的导致Leber先天性黑矇和视网膜色素变性的病因之一。虽然基因检测可以明确诊断CRB1突变相关的视网膜变性,但因其导致的视网膜变性种类繁多,此前并无明确有效治疗该类疾病的方法。

    该项研究在国际上首次发现CRB1基因突变是通过破坏结肠上皮细胞屏障和眼部血视网膜屏障,导致了细菌从肠道移行至视网膜并造成视网膜色素变性样损伤的分子机制。同时,该项研究提出,全身应用抗生素以及肠道基因治疗是CRB1基因突变引发致盲性视网膜色素变性疾病可能的有效治疗方法。该研究成果首次为CRB1相关遗传性致盲眼病的治疗带来了希望。

  • 原文来源:https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00108-9
相关报告
  • 《百健的基因疗法在视网膜色素变性II/III期试验中失败》

    • 来源专题:生物安全网络监测与评估
    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2021-05-16
    • Biogen报道,其基因治疗cotoretigene toliparvovec未能达到XIRIUS II/III期临床试验的主要终点x -连锁视网膜色素变性(XLRP)。 XLRP是一种罕见的视网膜遗传性疾病,随着视网膜中感知光线的细胞逐渐退化,导致视力渐进性丧失。早期症状包括夜间视力问题,然后是视野限制,最终导致大多数患者在40岁之前失明。目前还没有得到批准的治疗方法。 该研究未能达到主要终点,黄斑完整性评估(MAIA)显微视野检查评估的10-2网格16个中心位点中,有≥5个位点的治疗眼比基线改善≥7 dB的百分比有统计学意义的改善。患者在12个月时进行评估,并与随机分配到未治疗对照组的患者进行比较。 尽管如此,该公司在一些临床次要终点观察到积极的趋势。 Biogen的治疗开发部门负责人Katherine Dawson说:“尽管cotoretigene toliparvovec的XIRIUS II/III期研究没有达到其主要终点,但其他预先指定的临床相关终点的积极趋势,如在低光条件下的视力测量,让我们感到鼓舞。”XLRP是一种严重的早发性视网膜炎,患者在40岁之前几乎肯定会失明,通常会导致丧失独立能力、抑郁和失业。在沟通cotoretigene toliparvovec临床开发计划的潜在下一步之前,我们正在进一步评估XIRIUS研究的数据。” 该基因治疗是一种基于AAV8载体的基因治疗,通过视网膜下注射。它在由RPGR基因突变引起的XLRP患者中提供全长功能性视网膜色素变性GTPase调节蛋白(RPGR)。该理论认为,这将导致RPGR蛋白水平的增加,这可能会减缓、停止或防止这些患者的光感受器的进一步退化。 该研究对基因证实为XLRP的男性进行了单次视网膜下注射治疗。第一部分研究持续了24个月,是一项剂量递增试验。第二部分是一项为期12个月的剂量扩展研究,使用从第一部分和第三组未治疗组中选择的高剂量和低剂量作为对照队列。 在第一部分和第二部分中接受治疗的患者被邀请参加一个单独的长期随访试验,该试验将在治疗后5年内跟踪疗效和安全性数据。 本周早些时候,百健与Capsigen签署了一项战略合作协议,将设计新型腺相关病毒(AAV)衣壳用于基因治疗。总部位于华盛顿的Capsigen利用专有的TRADE平台和技术来识别和开发用于疾病特异性转导的新型AAV衣壳。衣壳是一种蛋白质外壳,它保护并允许传递疗法试图传递的任何基因有效载荷。 今年3月,百健宣布计划在北卡罗来纳州建造一家新的基因治疗制造工厂。该设施将支持该公司及其合作公司的基因治疗生产。今年早些时候,百健与德国CEVEC制药公司就其专有的ELEVECTA技术达成了一项许可协议,以生产用于基因治疗的AAV载体。今年1月,该公司与德国的ViGeneron GmbH达成了一项基因治疗合作协议,共同开发用于遗传性眼病的AAV疗法。 “我们的技术创新重点之一是发现具有更好传递特性的AAV衣壳,”百健公司研发主管小阿尔弗雷德·桑德罗克(Alfred Sandrock, Jr.)说。“我们正在进行长期投资,建立平台能力和先进的制造技术,目的是加快我们在基因治疗方面的努力。”
  • 《Science丨揭示真核生物焦亡蛋白GSDM非酶切依赖的全新激活机制》

    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-04-29
    • 2024年4月25日,中国科学院生物物理研究所丁璟珒课题组和北京生命科学研究所邵峰团队合作,在 Science 期刊发表了题为Cleavage-independent activation of ancient eukaryotic gasdermins and structural mechanisms 的研究论文,该研究揭示了两种来源于低等真核生物的GSDM蛋白通过非蛋白酶切割的新颖方式激活的分子机制。 研究人员首先通过序列同源性分析发现,最原始的多细胞生物丝盘虫(Trichoplax adhaerens)的基因组编码了一个只含有膜打孔结构域的GSDM同源蛋白(TrichoGSDM)。通过重组表达和纯化鉴定,发现TrichoGSDM蛋白同时存在单体和二聚体两种形式,其中单体蛋白具有在脂质体上打孔的活性,TrichoGSDM二聚体则不能上膜打孔。研究人员进一步解析了TrichoGSDM二聚体高分辨率的晶体结构,意外地发现TrichoGSDM二聚体是由两个单体蛋白通过三对分子间二硫键交联而成。在体外利用还原剂处理TrichoGSDM二聚体,或者突变参与二硫键形成的Cys都可以获得均一的单体蛋白,并展示出强烈的膜打孔活性,这表明二硫键连接的二聚体代表了TrichoGSDM蛋白的非激活状态,二聚体向还原态的单体转换可能是TrichoGSDM蛋白潜在的激活机制。细胞质中的谷胱甘肽(glutathione,GSH)和硫氧还蛋白(thioredoxin,TRX)是两种重要的抗氧化系统,可以清除胞质中有害的活性氧或者蛋白质错误氧化形成的二硫键,维持胞质的还原环境。 研究人员利用胞质生理浓度的GSH或丝盘虫的TRX蛋白处理TrichoGSDM二聚体,都可以将二聚体还原、释放单体的膜打孔活性,在细菌中诱导表达TrichoGSDM具有和哺乳动物GSDM蛋白N端结构域相似的抑菌活性,说明细菌胞质的还原环境有利于TrichoGSDM维持在活化的单体状态,通过在细菌膜上打孔抑制细菌生长。研究人员还成功解析了TrichoGSDM在脂质体膜上形成的分子孔道高分辨率的冷冻电镜结构,发现TrichoGSDM由44个单体形成了目前已知的真核生物最大的GSDM孔道。通过结构分析揭示了TrichoGSDM识别酸性磷脂、发生构象变化并寡聚组装成孔的结构基础。这些研究阐明了TrichoGSDM从分子间二硫键介导的二聚体自抑制状态,通过还原二硫键活化成具有打孔活性的单体状态,并进一步在膜上寡聚打孔介导细胞死亡的分子机制,这种新颖的激活机制在GSDM蛋白中是首次发现的。 TrichoGSDM的发现激发了研究人员继续探寻只含有膜打孔结构域的GSDM蛋白的研究兴趣。最近,在丝状真菌粗糙脉孢菌(Neurospora crassa)中发现的融合致死基因rcd-1,在不同菌株中的等位基因可编码RCD-1-1和RCD-1-2两种同源蛋白,当不同菌株发生细胞融合时,两种RCD-1蛋白介导了同种异体识别(allorecognition)引发的细胞死亡。研究人员通过解析RCD-1-1和RCD-1-2的晶体结构,发现两种RCD-1蛋白与哺乳动物GSDM的膜打孔结构域具有相似的结构特征,但二者缺少发挥自抑制功能的结构元件。单独的RCD-1-1或RCD-1-2在溶液中呈现单体状态,通过识别酸性磷脂结合在脂质体膜上,却无法寡聚打孔,因而没有细胞毒性。而两种RCD-1蛋白在大肠杆菌、酿酒酵母或HeLa细胞等多种细胞系统中共表达时,会引发强烈的裂解性细胞死亡。 通过解析共孵育的RCD-1-1和RCD-1-2蛋白在脂质体膜上形成的分子孔道冷冻电镜三维结构,发现两种蛋白通过交替排布的异源寡聚组装方式形成已知的最小GSDM孔道。分析RCD-1分子孔道中两种蛋白的作用方式发现,每一个RCD-1-1分子都与两侧相邻的RCD-1-2分子相互作用,但两侧的互作方式并不等效,拥有更强分子间极性作用的一侧主导了RCD-1异源二聚体的形成,而另一侧的分子间相互作用驱动了以异源二聚体为单元进一步寡聚成孔。将RCD-1-1和RCD-1-2蛋白与脂质体共孵育,或分别结合脂质体后再进行共孵育,都可以通过两种蛋白的分子间识别激活在脂质体膜上的打孔活性,而将异源二聚体识别界面的关键残基突变,在分别表达两种蛋白的不同交配型酵母细胞融合或不同粗糙脉孢菌菌株的孢子融合时,都阻断了RCD-1蛋白的分子间识别,因而不能激活膜打孔活性并引起裂解性细胞死亡。这些研究揭示了具有膜结合特性的RCD-1蛋白单独存在时处在未激活的静息状态,细胞融合导致两种蛋白相遇,通过分子间特异性识别来激活异源二聚体组装,并进一步在细胞膜上寡聚成孔,执行细胞死亡的功能。 上述研究打破了一直以来认为GSDM蛋白需要蛋白酶切割打开自抑制、激活膜打孔活性的传统认识,揭示了低等真核生物中两类只含有膜打孔结构域的GSDM蛋白,分别通过氧化还原调控或配对的分子间相互作用来释放膜打孔活性的全新激活机制,拓展了对GSDM蛋白进化和功能多样性的机制理解。多种不同的激活机制表明GSDM蛋白可以响应更广泛的生物学信号,参与更丰富的生命活动过程。同时,这种不依赖酶切的GSDM蛋白具有被开发成诱导细胞死亡新型工具的潜力,可以助力细胞焦亡相关的基础和转化研究。