메신저 RNA의 비정상적인 선택적 스플라이싱은 취약 X 증후군에서 근본적인 역할을 합니다.

UMass Chan Medical School의 Joel D. Richter 박사, Sneha Shah 박사, Jonathan K. Watts 박사와 RUSH University Medical Center의 Elizabeth Berry-Kravis 박사가 개발한 안티센스 치료법은 취약 X 증후군 환자에게서 채취한 세포 샘플의 단백질 FMRP. 에 게시됨 국립 과학 아카데미 회보이러한 돌파구는 전령 RNA(mRNA)의 비정상적 대체 스플라이싱이 유전적 지적 장애의 가장 흔한 형태이며 가장 빈번한 단일 장애인 취약 X 증후군에서 주요 역할을 한다는 연구에서도 제시된 새로운 발견 때문에 가능했습니다. 자폐증의 유전자 원인.

“이 발견은 취약 X 증후군을 완화하는 치료법이 가능할 수 있고 우리가 생각했던 것보다 더 빨리 임상에 적용될 수 있다는 진정한 희망을 제공합니다.”라고 Richter 박사는 말했습니다. Arthur F. Koskinas 신경과학 석좌교수 분자 의학 교수. “이러한 발견은 틀에 얽매이지 않고 우리가 기대했던 것이 아닙니다. 기초 과학을 잘하고 데이터를 믿고 그것이 어디로 가는지 따라가면 그 결과는 생물학과 질병에 대한 우리의 근본적인 이해를 바꿀 수 있습니다.”

취약 X 증후군은 취약 X(FMR1) 유전자의 DNA 서열에서 CGG 반복 확장으로 인해 발생하는 유전적 상태입니다. 취약한 X를 가진 사람들은 지적 장애뿐만 아니라 행동 및 학습 문제로 고통받습니다. 인지 장애는 경증에서 중증까지 다양하며 여아보다 남아에게 더 자주 발생합니다. 특수 교육, 언어 치료, 물리 치료 또는 행동 치료 및 증상 완화를 제공하는 약물과 같은 중재가 모든 범위의 기술을 최적화할 수 있는 기회를 제공할 수 있지만 취약 X 증후군에 대한 치료법은 없습니다.

현미경으로 보면, FMR1 반복 확장을 포함하는 유전자는 X 염색체의 한쪽 팔 끝을 꼬집는 좁은 밴드로 감지됩니다(취약 부위로 식별됨). 단백질 제품의 주요 기능 FMR1 유전자(FMRP)는 1,000개의 서로 다른 mRNA에 결합하여 번역을 억제합니다. 취약 X 증후군과 같이 FMRP가 없으면 뇌에서 수백 가지의 서로 다른 단백질이 과도하게 생산됩니다. 어떻게 완전히 이해되지는 않았지만 mRNA 번역의 FMRP 제어는 시냅스 가소성과 더 높은 뇌 기능에 중요한 역할을 합니다. FMRP가 없으면 정상적인 신경학적 발달이 일어나지 않습니다.

일반적으로 인간은 FMR1 유전자에 5~55개의 CGG 반복을 가지고 있습니다. Fragile X 증후군은 개인이 FMR1 유전자 서열에서 200개 이상의 CGG 반복을 가질 때 발생합니다. 질병의 기존 모델은 CGG 반복 길이가 200 이상에 도달하면 유전자가 메틸화되고 종료되며 FMR1 RNA 또는 FMRP를 생성하지 않는다고 주장합니다.

소아과, 신경 과학, 해부학 및 세포 생물학 교수인 Dr. Berry-Kravis가 제공한 연약한 X를 가진 남성의 혈액 샘플을 활용하여 Drs. Richter와 Shah는 예상치 못한 것을 발견했습니다.

분자의학 조교수 Shah 박사는 “우리는 허약한 X 환자가 생산하는 많은 mRNA에 결함이 있다고 믿을 만한 이유가 있었다”고 말했다. “우리는 실험을 진행하고 다양한 RNA 판독값을 살펴보기 시작했지만, 단백질이 만들어지지 않았음에도 불구하고 세포가 깨지기 쉬운 X mRNA를 생산하고 있다는 사실에 놀랐습니다. 그들은 깨지기 쉬운 X mRNA를 생산하지 말았어야 했습니다. 이것은 그것은 우리가 기본적인 생물학적 수준에서 질병이 어떻게 발생하고 있는지 다시 생각하게 했습니다.”

돌연변이를 수반하는 취약한 X mRNA를 면밀히 관찰한 Shah는 FMR1-217로 불리는 서열 변이인 잘 알려지지 않은 비정상적인 스플라이스 이소형을 발견했습니다. mRNA가 리보솜에 의해 기능하는 단백질로 번역되기 전에 스플라이싱이라는 과정을 거칩니다. 이 중간 프로세스는 RNA의 모든 비암호화 영역(인트론)을 제거하고 단백질 코딩 영역(엑손)을 다시 결합합니다. 얼터너티브 스플라이싱(alternative splicing)이라고 불리는 이 스플라이싱 메커니즘의 변형으로 인해 단일 유전자가 다른 RNA 동형을 생성할 수 있다고 믿어집니다. 이 isoform은 각각 다른 코딩 영역을 포함하기 때문에 단일 유전자가 여러 단백질을 만들 수 있습니다.

CGG 반복은 FMR1 그러나 유전자 돌연변이는 성숙한 mRNA에 중요한 인트론(pseudo-exon) 조각을 남기는 잘못된 스플라이싱 사건을 일으켰습니다. 이 단순한 스플라이싱 오류는 FMRP가 만들어지지 않은 이유이며, 이전에 믿었던 것처럼 유전자의 메틸화가 아닙니다. Richter와 Shah는 이 잘못된 접합을 수정하거나 피할 수 있다면 정상적인 취약한 X 단백질 생산이 회복될 수 있다는 가설을 세웠습니다.

RNA 스플라이싱을 변경하는 한 가지 방법은 표적 mRNA에 결합할 상보적인 서열을 가진 짧은 DNA 조각인 안티센스 올리고뉴클레오티드(ASO)를 만드는 것입니다. 이 결합은 스플라이싱 기구가 RNA의 부적절한 스플라이스 부위를 건너뛰게 하여 정상적인 스플라이싱 및 성숙한 mRNA 형성을 초래합니다. 또한 신경근 장애 척수성 근위축증(SMA)을 치료하기 위해 임상에서 이미 사용되고 있으며 다른 신경계 질환에 대한 임상 시험 중인 기술이기도 합니다.

깨지기 쉬운 X mRNA를 표적으로 하는 ASO를 설계하기 위해 Richter와 동료들은 헌팅턴병 및 ALS와 같은 신경계 질환을 연구하는 ASO 전문가인 Watts 박사에게 의지했습니다. RNA 치료제 교수인 Watts는 취약한 X RNA의 잘못된 접합을 차단하고 FMRP 생산을 복원하는 ASO를 찾기 위해 11개의 ASO를 설계했습니다. Watts가 개발한 두 가지 ASO의 조합은 비정상적인 접합을 성공적으로 억제하고 환자 유래 세포에서 적절한 FMR1 mRNA 접합을 구했습니다. 이로 인해 이들 세포에서 정상적인 수준의 FMRP가 생성되었습니다.

“우리는 깨지기 쉬운 X의 마우스 모델을 사용하여 이것을 발견하지 못했을 것입니다.”라고 Richter는 말했습니다. “마우스 모델은 유전자 녹아웃입니다. 취약한 X 유전자가 없기 때문에 만들어지는 mRNA가 없습니다. FMR1 mRNA의 잘못된 스플라이싱은 CGG 확장에 의존하는 유전자 조절 메커니즘입니다. 인간과 영장류에 고유합니다. 우리는 인간 세포에서 작업을 했기 때문에 이러한 잘못된 접합을 발견했습니다.”

Richter와 동료들은 SMA에 대한 현재 치료법이 유사한 기술을 기반으로 하기 때문에 이 발견을 임상으로 신속하게 번역할 수 있기를 희망합니다. 둘 사이의 유일한 차이점은 취약한 X 잘못 접합을 치료하는 데 사용되는 ASO의 유전적 서열입니다.

Berry-Kravis는 “이것은 치료 가능성이 높은 매우 흥미로운 발견입니다.”라고 말했습니다. “그러나 개발 초기 단계이며 ASO 전략이 얼마나 효과적으로 FMRP를 회복할 수 있는지, 뇌 세포의 몇 퍼센트, 취약한 X를 가진 개인이 누구인지를 결정하기 위해서는 많은 작업이 필요합니다. 취약한 X를 가진 개인의 상당한 비율의 세포에서 얻은 세포를 사용하면 높은 임상적 영향을 미칠 수 있는 질병의 유전적 역전을 제공할 수 있으며 취약한 X를 가진 사람들의 기능 수준을 개선하고 간병인의 부담을 줄일 수 있습니다.”

연구 자금은 국립보건원, 자폐증 연구를 위한 시몬스 재단, FRAXA 연구 재단 및 UMass Chan BRIDGE 기금에서 부분적으로 제공되었습니다. 깨지기 쉬운 X 팀의 다음 단계는 깨지기 쉬운 X 증후군을 치료하기 위한 최종 인간 임상 시험에 ASO 작업을 가져오는 데 도움이 될 수 있는 영리 기업과 파트너십을 확보하는 것입니다.

FRAXA 연구 재단의 최고 과학 책임자인 Michael Tranfaglia 박사는 “FRAXA는 취약한 X의 비정상적인 스플라이싱 사건에 대한 혁신적인 연구를 수행하기 위해 Richter 및 Berry-Kravis 연구소에 자금을 지원했습니다. “이 연구 과정에서 이 뛰어난 과학자들은 깨지기 쉬운 X 자체에 대한 우리의 근본적인 이해를 변화시킨 진정으로 변형적인 것을 우연히 발견했습니다. 그 외에도 이 발견의 치료 잠재력은 정말 놀랍습니다.”

Richter 박사와 동료들은 또한 2022년에 UMass Chan의 BRIDGE 기금으로부터 자금을 받아 깨지기 쉬운 X 단백질 생산을 복원하는 데 사용되는 ASO를 설계하고 테스트했습니다.

UMass Chan의 BRIDGE 혁신 및 비즈니스 개발 담당 이사인 Huseyin Mehmet 박사는 “BRIDGE Fund 상의 도움으로 Dr. Richter의 연구실은 안티센스 올리고뉴클레오티드가 부적절한 FMR1 스플라이싱을 효율적으로 차단하고 FMRP를 정상 수준으로 복원한다는 것을 입증했습니다.”라고 말했습니다.

깨지기 쉬운 X 팀의 다음 단계는 깨지기 쉬운 X 증후군을 치료하기 위한 최종 인간 임상 시험에 ASO 작업을 가져오는 데 도움이 될 수 있는 영리 기업과 파트너십을 확보하는 것입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/07/230705143010.htm