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在遗传学领域,长期存在着一个令人困惑的悖论:许多在关键基因上携带严重“功能缺失”(Loss-of-function)突变的个体,甚至是被人工敲除基因的实验动物,竟然没有表现出明显的疾病表型。这种生命的韧性,往往让研究人员在面对“阴性结果”时感到沮丧,但同时也暗示了生命体内存在着某种强大的缓冲机制。
过去的研究揭示了一个被称为“转录代偿”(Transcriptional Adaptation, TA)的现象:当基因发生突变,产生有缺陷的信使RNA(mRNA)并被细胞质中的监控机制降解时,这一过程本身,而非蛋白质功能的缺失,会触发序列相关的同源基因(Adapting genes)上调。如果这些被唤醒的基因是功能相似的旁系同源物(Paralogs),或者是杂合子中的野生型等位基因,它们就能接管受损基因的功能,从而掩盖突变带来的后果。然而,这里存在一个巨大的“黑箱”:mRNA的降解发生于细胞质,而基因的转录上调发生于细胞核。细胞质中的碎片信息是如何穿越核膜,精准地定位到细胞核内特定的基因组位点,并启动转录救援的?《Science》的研究报道“Mechanisms linking cytoplasmic decay of translation-defective mRNA to transcriptional adaptation”,为我们破解了这一谜题。研究人员通过一系列设计巧妙的全基因组筛选和生化实验,不仅捕获了穿梭于核质之间的关键信使蛋白,更在单核苷酸分辨率下破译了触发这一机制的“RNA密码”。 
研究团队设计了一个基于流式细胞术-荧光原位杂交(Flow-FISH)的全基因组CRISPR-Cas9筛选系统。他们在 Actg1-NSD 细胞中引入sgRNA文库,通过流式细胞分选技术,分离出内源性 Actg2 表达水平***低和***高的各30%的细胞群体,并对其中的sgRNA进行测序分析。
筛选结果令人眼前一亮。在那些能够阻断转录代偿的基因(即敲除后 Actg2 不再上调)中,除了预期的mRNA降解因子和组蛋白甲基化复合物COMPASS成分外,一个名为 ILF3 的RNA结合蛋白(RBP)展现出了极强的效应值。
数据清晰地显示,在突变细胞系中敲除 ILF3,会显著抑制 Actg2 的上调;而在野生型细胞中敲除 ILF3,则对 Actg2 的基础表达水平几乎没有影响。更关键的是,研究人员通过qPCR分析确认,ILF3 的缺失并没有导致突变 Actg1-NSD mRNA 的稳定(即没有干扰mRNA降解这一上游步骤),这表明 ILF3 位于 mRNA 降解步骤的下游,充当了那个关键的“信号转导者”。
更为激动人心的是这项研究在临床转化上的潜力。许多遗传病,如多囊肾病、杜氏肌营养不良症(DMD)等,都是由于关键基因的功能缺失或表达量不足引起的。如果能够利用这一机制,设计特定的“触发器 RNA”(Trigger RNAs)或模拟其功能的寡核苷酸,人为地激活患者体内残留的野生型等位基因或其功能相似的旁系同源基因,这无疑将开辟一条全新的 RNA 治疗路径。
在 PKD1 的案例中,研究人员已经证明了外源性 RNA 片段可以提升内源性基因的表达。这不再是科幻小说,而是实验室中正在发生的现实。虽然从实验室到病床还有很长的路要走,例如如何提高触发器 RNA 的递送效率、如何确保长期的安全性、如何避免免疫反应,但这一机制的阐明,无疑为我们提供了一把开启基因治疗新大门的钥匙。
生物磁珠对细胞筛选的方法已日渐成熟,原理是将包被一抗的磁珠与细胞表面对应的分子特异性结合,或者将包被二抗的磁珠与已经与细胞表面分子特异性结合的一抗结合。磁珠携带与之结合的细胞吸附与分离柱或试管上,实现阳性细胞或阴性细胞的分离。洛阳吉恩特生物自主研发生产了各类生物磁珠,可以实现稳定的实验结果。