RNA:全世界都在看
日期：2012-12-21 09:52:18
2011年夏天，一項持續3年的肌萎縮性脊髓側索硬化癥（ALS）研究終于完成。研究小組將重點集中在了一種引發家族性ALS的突變上——僅僅是9號染色體上的3個基因。
一直以來，研究人員通過使用各種新的排序技術和超大計算能力，進行了詳細全面的基因分析，但未能發現任何有關連的突變。
而美國國家衰老研究所的遺傳學家Bryan Traynor認為，DNA片段上可能出現了不同尋常的“潛伏者”。無疑，計算機算法無法正確地集合受到ALS影響的家族成員的有關DNA序列，于是Traynor自己動手完成了這項工作。“我不得不回到使用莎草紙和鉛筆的時代，用這些‘原始工具’將它做出來。”他開玩笑道。
聚焦RNA
就這樣，Traynor發現，ALS患者DNA中核苷酸序列GGGGCC自身出現反復重復。因為這種突變已經被證實與另一些神經變性疾病有關——例如，反復的DNA序列引發亨廷頓氏舞蹈病和X染色體易損綜合征，Traynor相信研究小組的長時間工作終于可以結束，他找到了病因。
另外，美國梅奧診所的Rosa Rademakers領銜的研究小組，也獨立地發現了基因中存在相同的復制，并暫時將其稱為C9ORF72。這兩個研究小組同時將研究成果發表在2011年9月份的《神經元》期刊上。
他們的結論迅速成為迄今為止最重要的ALS基因發現。在家族性ALS中，C9ORF72突變占40%的比例，在家族性額顳癡呆（FTD）中也占21%。研究人員還發現，7%的偶發性ALS和5%的偶發性FTD出現該突變。“這是第一次發現遺傳問題也是偶發性疾病的基礎?！?/SPAN>Traynor說。
所有人都期待著找到為何這種突變會引發ALS。并且為何在一些人中，這些突變卻反常地引發了FTD。ALS會掠奪一個人的肌肉控制能力，但不損害智力，而FTD恰恰相反。（也有一些患者表現出這兩種疾病的癥狀，只是等級不同。）
科學家提出了一個假設，長DNA復制產生一個RNA發脹凝塊，這使一個或更多維持神經功能或存活所必需的RNA結合蛋白在細胞內部受到限制。早在2006年，在ALS研究中，RNA結合蛋白就受到密切關注。其中之一TDP-43就曾被指出能制作反常蛋白質沉積物——在幾乎所有ALS病例中發現的一種運動神經元包含物。
基因中TDP-43和FUS（一種有關的RNA結合蛋白）出現突變，能夠引起ALS，并且，一旦另一種RNA結合蛋白——ataxin-2——出現突變，患ALS的風險更高。
盡管ALS神經元會遭受不同類型的功能紊亂，但是，最近諸多發現都指向“一種會聚的概念”，即RNA加工過程中出現錯誤，這對引發ALS極為重要，并且這還可能與所有細胞問題有關，美國加利福尼亞大學圣迭戈分校的生物化學家Don Cleveland表示。
其他研究人員也警告稱，ALS實際可能是若干不同的疾病，有不同的病因，RNA錯誤只是其中之一。無論如何，Cleveland說：“去年9月是ALS歷史上最令人興奮的時刻?！?/SPAN>
神秘觸發機制
在ALS和FTD患者體內，RNA結合蛋白在做什么——或不做什么——依然是個謎。這部分由于每個蛋白質可能結合許多RNA，有時多達數千個，就使研究人員很難弄清楚哪些RNA在疾病中起作用。不過，“RNA的諸多職責中，沒有一個步驟脫離了RNA結合蛋白的‘光環’。”美國巴羅神經學研究所神經生物學家Robert Bowser表示。
對于ALS和FTD研究人員而言，主要的未知問題是，什么觸發了RNA結合蛋白聚合到了從患者神經元和其他神經系統細胞中發現的包含物里。
其中一個假設是，這些包含物源自應力顆?！砻艿?/SPAN>RNA結合蛋白小球，能夠響應細胞壓力。應力顆粒包圍著RNA，并阻止它們翻譯成蛋白質，直到壓力消失。“由于具有這種功能，它們也更易在患者體內以一種無法控制的狀態聚集?！彼固垢４髮W遺傳學家Aaron Gitler指出。正常情況下，應力顆粒最終會溶解，并釋放出被包圍的RNA，但是持續受到壓力——或由于遺傳風險因子等——它們可能一直存在，最終轉變成ALS和FTD患者體內被發現的大量細胞質內含物。
遺傳證據支持了這一假設。2010年，Gitler和當時的同事Nancy Bonini報告稱，5%的ALS患者ataxin-2——一種與應力顆粒有關的RNA結合蛋白——出現突變。
另外，C9ORF72基因中的6—核甘酸重復序列可能引起另一種不同的聚合——發生在細胞核而非細胞質中。研究人員十分懷疑，這種DNA重復序列發生在基因中的一個非編碼區域，引起反常RNA結構，能“俘獲”一個或更多的RNA結合蛋白。
而且絕對數目的重復序列——至少30個，時常數百甚至上千個——能夠隔絕足夠的蛋白質，從而破壞神經元，最終導致其死亡。“這實際上能判斷出RNA結合蛋白被隔絕的情況。”Gitler表示。這樣的隔絕會引發疾病，最著名的例子就是強直性肌營養不良。
不過，RNA聚集是否或如何損害神經元還不得而知。并且研究人員也未就ALS和 FTD神經細胞中的細胞質內含物是否因捕獲RNA結合蛋白使其不能履行一般功能或聚集出現了一種新的有毒功能而殺死細胞達成一致。“我個人認為，相關數據表明，它可能同時喪失和獲得了功能。”Gitler說。
驗明正身
賓夕法尼亞大學病理學家Zissimos Mourelatos提到，任何決定性的結論必須等到鑒別出相關RNA之后才能得出。目前，這項驗證工作已經在數個實驗室展開了。
研究人員使用了一種名為CLIP-seq的新技術。這種技術使用紫外線照射在RNA結合蛋白和其
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