该研究结果发表在Science Advances和Cell Reports上，提高了对ALS的认识，ALS是一种进行性神经退行性疾病，攻击大脑和脊髓的运动神经元，并为靶向治疗的未来发展提供了支持。
据莱斯特纳肌萎缩侧索硬化症基金会估计，目前美国有3.2万人患有肌萎缩侧索硬化症。ALS有两种类型:散发性(非遗传性)，占所有ALS病例的90%以上，以及家族性(遗传性)。
在发表在《Science Advances》杂志上的论文中，Kiskinis团队研究了一种家族性ALS，这种ALS是由C9ORF72基因的重复基因序列引起的，这是ALS的最大遗传原因。
根据Kiskinis的说法，健康人的基因组中可能有20个重复的C9ORF72，而ALS患者可能有数千个重复。这些重复序列通过非规范途径转录和翻译，在神经元中产生不规则RNA和二肽(由肽结合的两个氨基酸分子)。
Kiskinis的研究小组假设，这种级联效应是导致这种类型的ALS运动神经元功能获得毒性的原因。这促使他们研究使这些重复二肽(R-DPRs)毒性增加的机制。
利用计算和实验技术，研究人员发现R-DPRs对RNA分子具有很强的结合亲和力。然后，他们使用了一种叫做交联免疫沉淀(CLIP-seq)的技术来分离特定的RNA片段，发现R-DPRs只与核糖体RNA结合。具体来说，聚GR二肽与核糖体RNA结合，损害核糖体稳态，这是细胞分化和细胞整体构成所必需的过程。
利用这些发现，研究人员随后设计了一种RNA“诱饵”，诱使聚GR与看似是核糖体RNA的东西结合——或者在这种情况下，是诱饵。在体内模型和来自C9ORF72突变患者的iPSC神经元中，诱饵分子抑制了毒性。
Kiskinis说:“我们使用多种不同的方法表明，我们设计的分子——‘诱饵’——与这种多GR蛋白结合得非常高，而且特异性很强，在与它结合的过程中，它阻止了它与核糖体RNA结合，阻止了它进入细胞核，而核糖体RNA是毒性最强的地方。它证明了具有这些‘诱饵’能力的RNA分子可以治疗的原理，它也加强了C9ORF72突变的许多毒性与损害核糖体生物学有关的假设。”
研究人员现在正在优化诱饵分子的化学成分，并打算在其他ALS模型中进行测试。
“当我们给这些突变的患者提供这种诱饵分子时，来自iPSC的神经元存活的时间更长，这意味着它做了一些好事，这让我们感到兴奋。我们只需要弄清楚它是否是一种可行的、变革性的治疗方法，”Kiskinis说。
已知有30种基因与家族性ALS相关，但每种基因驱动因素是否只导致一种一般类型的ALS还是多种类型的ALS，在该领域仍然是一个悬而未决的问题。
为了解决这个问题，根据他们发表在《Cell Reports》上的研究，Kiskinis的团队使用患者衍生的诱导多能干细胞(iPSC)脊髓运动神经元来开发第二种最常见的家族性ALS类型的模型，这种类型是由SOD1基因突变引起的，在所有ALS病例中2%明显。
“我们从过去20年在该领域所做的工作中了解到，这种突变通过功能获得效应导致毒性。我们知道突变会导致蛋白质错误折叠，而错误折叠会引发一连串的连锁反应，导致功能障碍。但这是如何发生的，我们不太了解，”Kiskinis说。
研究人员使用时间蛋白质组学来比较对照iPSC神经元和SOD1突变的iPSC神经元的蛋白质组，并比较两组神经元之间的蛋白质降解率(旧蛋白质的回收和替换)。
在SOD1突变的iPSC神经元中，他们发现另一种ALS致病蛋白-含缬氨酸蛋白(VCP) -比等基因控制的iPSC神经元降解得慢。这种缓慢的蛋白质降解最终导致VCP与某些蛋白质的相互作用减少，而与其他蛋白质的相互作用增加。
Kiskinis说:“这是非常令人兴奋的，因为可以导致ALS的VCP突变被认为以类似的方式起作用。”
研究人员随后旨在确定这种改变的VCP功能是否在SDO1介导的毒性中起作用。在突变型SOD1 iPSC患者神经元和突变型SOD1的秀丽隐杆线虫模型中，研究人员发现，当VCP过表达时，毒性降低，当VCP功能被抑制时，毒性增加。
Kiskinis说:“这篇论文以及我们过去几年在实验室所做的工作表明，虽然遗传原因可能不同，但当涉及到这些细胞功能障碍的原因时，总会有某种程度的机制重叠。”
Kiskinis补充说，这很重要，因为这些发现可以为未来临床试验的设计提供信息，并改善靶向治疗的应用。展望未来，Kiskinis说他的团队想要确定VCP是否是SOD1突变患者以及其他类型ALS的有效治疗靶点。
