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约翰霍普金斯大学的研究人员近期在Cell发表了题为“PAAN/MIF nuclease inhibition prevents neurodegeneration in Parkinson’s disease“的研究,介绍了他们对治疗帕金森的一个新的靶点的研究。
帕金森病(PD)是全球第二大神经退行性疾病,以多巴胺神经元死亡为主要标志,伴随多巴胺神经递质减少,并出现多种神经退行性状。目前尚未有直接针对PD致病因素的治疗药物上市。
Parthanatos是基于DNA损伤,由PARP-1激活的一种程序性细胞死亡形式;Parthanatos相关凋亡诱导因子核酸酶(PAAN),也称为巨噬细胞迁移抑制因子(MIF),在Parthanatos中,负责切割DNA,起最后的执行者作用。然而,PAAN/MIF在PD中的生物学作用尚不清楚,且缺乏特异性的PAAN/MIF核酸酶抑制剂。在本研究中,研究人员通过抑制PAAN的核酸酶活性,有效减缓了α-synuclein引发的多巴胺神经元死亡,并在PD动物模型中获得良好疗效。
研究者将α-syn纤丝分别注射到野生型(WT)和PAAN/MIF敲除(KO)小鼠的纹状体中,发现KO小鼠中的多巴胺神经元死亡减少,小鼠行为学评估进一步提示神经元得到良好保护。由于PAAN/MIF具有核酸酶活性以及与MIF互变异构酶活性,因此,研究者进一步使用缺乏PAAN/MIF核酸酶活性(MIFE22Q)的小鼠以及缺乏MIF的互变异构酶活性(MIFP2G)的小鼠评估了两种酶活性在α-syn诱导的变性中的作用,发现PAAN/MIF核酸酶,而不是MIF互变异构酶,参与了α-syn诱导的神经退行性变。
图1. 发现PAAN/MIF核酸酶抑制剂
由于目前尚无已报道的PAAN/MIF核酸酶抑制剂,因此,研究者基于PAAN/MIF核酸酶DNA切割活性设计了PAAN/MIF核酸酶抑制剂大规模筛选:将单链PAAN/MIF核酸酶DNA底物的5'端进行胺变性并固定在孔板上,并与生物素标记的互补寡核苷酸杂交,然后加入链霉亲和素缀合的辣根过氧化物酶酶(HRP),使HRP在存在完整PAAN/MIF核酸酶DNA底物的情况下可以保留在每个孔的表面上,使得可以通过检测HRP底物在450nm处的比色变化对DNA切割情况进行定量检测;在存在PAAN/MIF的情况下,信号减弱,表明PAAN/MIF核酸酶底物被切割,而在没有重组PAAN/MIF的情况下信号不会减弱;并在PAAN/MIF核酸酶体外抑制率≥60%、细胞死亡抑制率≥70%、可以穿过血脑屏障等条件下,最终筛选出PAAN/MIF核酸酶特异性的抑制剂PAANIB-1。
图2. PAANIB-1可预防AAV-α-syn或 MPTP诱导的小鼠病理变化
研究人员在小鼠中进一步验证了PAANIB-1的功能,在注射α-syn纤丝、注射AAV-humanα-syn、MPTP中毒机制诱导的PD小鼠模型中,口服PAANIB-1均可以预防PD相关神经退行性变。
总之,该研究充分验证了Parthanatos与人类病理学之间的相关性,并筛选出具有良好的血脑屏障渗透性的PAAN/MIF抑制剂PAANIB-1,为抑制PD进展的临床治疗提供了新的靶点和思路。
参考文献:Park H, Kam TI, Peng H, et al. PAAN/MIF nuclease inhibition prevents neurodegeneration in Parkinson's disease. Cell. 2022;185(11):1943-1959.e21.
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撰文:贾魏珉
编辑:刘振兴
审核:张贤钦
课题组网址 http://life.hust.edu.cn/info/1046/13645.htm
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