中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心周昌陽研究組聯(lián)合楊輝研究組,熊志奇研究組與上??萍即髮W(xué)黃行許教授團隊及東華大學(xué)等多家機構(gòu)的科研人員,在 Cell Discovery 期刊發(fā)表了題為:Epigenetic editing alleviates Angelman syndrome phenotype in mice by unsilencing paternal Ube3a 的研究論文【1】。
該研究成功開發(fā)了一種新型表觀遺傳編輯工具,并首次在天使綜合征(Angelman Syndrome,AS)小鼠模型中實現(xiàn)了對父源UBE3A基因的重新激活,顯著緩解了該疾病模型的癥狀。這也標(biāo)志著我國科學(xué)家在神經(jīng)發(fā)育疾病領(lǐng)域取得了又一項重要進展。

在這項最新研究中,研究團隊設(shè)計并開發(fā)了一種基于催化失活Cas9(dCas9)蛋白的表觀遺傳編輯工具,通過融合多個DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的功能域,能夠精準地在小鼠基因組的特定區(qū)域引入DNA甲基化修飾。這種表觀遺傳編輯工具能夠有效抑制UBE3A-ATS的表達,解除了對父源UBE3A基因的沉默,恢復(fù)了UBE3A蛋白在小鼠神經(jīng)元中的表達水平。

在該研究中,研究團隊通過在天使綜合征(AS)小鼠模型中引入這一表觀遺傳編輯系統(tǒng),成功實現(xiàn)了UBE3A基因的重新激活,并通過行為學(xué)測試發(fā)現(xiàn),這些經(jīng)過治療的小鼠在運動能力、學(xué)習(xí)記憶以及探索行為等方面均得到了顯著改善。尤其是與未接受治療的小鼠相比,治療組小鼠在懸掛實驗、轉(zhuǎn)桿實驗以及開放場實驗中的表現(xiàn)顯著優(yōu)于對照組,表明UBE3A基因的重新激活對于緩解天使綜合征的癥狀具有關(guān)鍵作用。

除了行為學(xué)改善外,研究團隊還發(fā)現(xiàn),UBE3A蛋白在小鼠大腦中的表達量顯著增加,尤其是在海馬、皮層和小腦區(qū)域,表明這一表觀遺傳編輯工具能夠在神經(jīng)元中廣泛且持久地激活目標(biāo)基因。這一成果展示了表觀遺傳編輯在疾病治療中的巨大潛力,尤其是在神經(jīng)系統(tǒng)疾病領(lǐng)域。

盡管該研究仍處于動物模型階段,但這一表觀遺傳編輯技術(shù)的成功為未來天使綜合征及其他基因印記相關(guān)疾病的治療提供了新的思路。與傳統(tǒng)的基因編輯技術(shù)相比,表觀遺傳編輯具有不改變DNA序列的優(yōu)勢,使得基因修飾更加可控且可逆,避免了潛在的脫靶效應(yīng)和基因組不穩(wěn)定性問題。此外,該系統(tǒng)在治療過程中只需短暫表達即可實現(xiàn)長期效果,表明其在臨床應(yīng)用中的巨大潛力。未來,研究團隊計劃進一步優(yōu)化這一技術(shù),并探索其在臨床治療中的可行性,以期為天使綜合征患者帶來全新的治療方案。
華東理工大學(xué)副研究員劉亞京博士、中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心婁森森博士、李進慧博士為共同第一作者。中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心周昌陽青年研究員、楊輝研究員、熊志奇研究員和上海科技大學(xué)黃行許教授為共同通訊作者。
論文鏈接:
1. https://www.nature.com/articles/s41421-024-00727-3
2. https://www.cell.com/molecular-therapy-family/molecular-therapy/fulltext/S1525-0016(23)00078-3