MeCP2基因敲除小鼠助力神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育障礙疾病的研究

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1 基因基本信息

2 MeCP2基因研究概況

MeCP2對哺乳動物的學(xué)習(xí)記憶能力有著重要的影響，同時也是Rett綜合癥和MeCP2重復(fù)綜合癥的致病基因。MeCP2通過多種機制對基因的轉(zhuǎn)錄有顯著影響，而且有明確表型的學(xué)習(xí)和記憶動物模型，使MeCP2成為學(xué)習(xí)和記憶中基因轉(zhuǎn)錄研究的理想對象。MECP基因主要發(fā)揮的就是轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能。在人類和小鼠中，該基因位于X染色體上，最終編碼一個500左右氨基酸殘基的蛋白質(zhì)。該蛋白與DNA甲基化的位點結(jié)合，解除轉(zhuǎn)錄抑制。Rett綜合癥是由MeCP2發(fā)生突變導(dǎo)致其失活所致，屬于X染色體隱性疾�。欢鳰eCP2重復(fù)則是由MeCP2的過表達所致，屬于X染色體顯性疾病。

MeCP2同時具備轉(zhuǎn)錄抑制和轉(zhuǎn)錄激活兩種功能。一方面MeCP2結(jié)合甲基化位點后會與mSin3A/HDAC共抑制因子結(jié)合，進一步穩(wěn)定甲基化結(jié)構(gòu)，從而對基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生抑制作用；另一方面，該蛋白磷酸化后也會招募CREB等轉(zhuǎn)錄激活蛋白促進基因的轉(zhuǎn)錄。

圖1. MeCP2功能的分子機理。

信息來源：10.1101/lm.048876.118.

MeCP2基因位于X染色體上，其左右相鄰的基因分別為RCP和IRAK基因。在人類和大小鼠中，對該基因功能有顯著影響的是第1-4號外顯子和其中的3個內(nèi)含子。MeCP2蛋白主要由5個部分組成，首先是位于兩端的末端序列NTD（N-terminal Domain）和CTD（C-terminal Domain）；中間則依次是是甲基化位點結(jié)合結(jié)構(gòu)域，中間區(qū)域（interdomian）和轉(zhuǎn)錄抑制結(jié)構(gòu)域。該蛋白理論上為53kd大小，不過由于其在翻譯后經(jīng)歷過一系列的修飾作用，其分子量在免疫印跡中大多為75kd。MeCP2在大多數(shù)組織中都或多或少有一定的表達，其中高表達的組織包括腦，肺和脾臟；相對地在肝，心，腎和小腸中表達較低。而在小鼠腦中，MeCP2的表達進一步以嗅球，紋狀體，皮層，海馬，丘腦，小腦和腦干中為最高。MeCP2的主要表達形式根據(jù)第一個外顯子是否翻譯分為E1和E2兩種。

圖2. MeCP2基因及蛋白。

信息來源：10.1007/s12017-014-8295-9.

MeCP2在早期胚胎發(fā)育、神經(jīng)元成熟和回路形成中調(diào)控神經(jīng)元分化，在分化和成熟過程中促進染色質(zhì)中心的聚集，從而參與成熟神經(jīng)元染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的建立（成熟神經(jīng)元的染色質(zhì)中心較少且密集，如圖中黑色圓圈所示）。在成年期，MeCP2是維持神經(jīng)元功能的關(guān)鍵因素。它維持染色質(zhì)結(jié)構(gòu)并調(diào)控神經(jīng)元轉(zhuǎn)錄組。此外，MeCP2對依賴刺激的基因轉(zhuǎn)錄隨時保持待命狀態(tài)，即刺激的到來會促進MeCP2解離并導(dǎo)致相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄起始，通過這種方式調(diào)節(jié)認知功能。

圖3. MeCP2調(diào)控大腦發(fā)育，維持成熟神經(jīng)元的功能。

信息來源：10.3390/ijms20184577.

針對MeCP2造成的Rett綜合癥，基因治療無疑是理想的治療手段。但目前仍舊存在不少令人擔憂的問題，如果通過靜脈注射的方式讓含有MeCP2的載體在體內(nèi)進行表達的話，病毒載體的毒性是不得不考量的問題，尤其是毒性在肝臟中的聚集會造成致命的影響；另一方面，如果想在中樞神經(jīng)系統(tǒng)表達MeCP2的話，如何跨越血腦屏障是最大的問題。直接顱內(nèi)注射、鞘內(nèi)注射等方法雖然可以繞過血腦屏障的問題，但靶點應(yīng)該是沒有正常MeCP2表達的神經(jīng)元，因為單個神經(jīng)元中MeCP2的過度表達也是不利的。

MECP2作為Rett綜合癥的主要致病基因，一方面在早期對其進行抑制有助于部分緩解其對智力發(fā)育的影響，但在時間上難以把控；另一方面以病毒載體裝載MECP2對小鼠模型具有明顯的治療效果，但要將其真正應(yīng)用到Rett的治療仍有很長的路要走。

在過去的幾十年里，基因治療在治療遺傳性疾病方面取得了重大進展。以基因組學(xué)或蛋白組學(xué)的方式找到致病基因，再結(jié)合細胞水平或動物水平驗證，用這種模式產(chǎn)出的高質(zhì)量文章層出不窮。

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參考文獻：

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