貝勒醫(yī)學(xué)院的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新研究揭示了子宮內(nèi)寨卡病毒感染如何導(dǎo)致新生兒小頭畸形。研究小組發(fā)現(xiàn)，寨卡病毒蛋白NS4A通過劫持調(diào)節(jié)新神經(jīng)元生成的途徑破壞了大腦的生長。這些發(fā)現(xiàn)指出了制定治療策略以預(yù)防與寨卡病毒感染有關(guān)的小頭畸形的可能性。該研究今天發(fā)表在《發(fā)育細(xì)胞》雜志上。

“目前的研究是在貝勒·霍普金斯孟德爾基因組學(xué)中心(CMG)的嬰兒出生時(shí)腦小且腦結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重異常的情況下啟動的，該中心由兒科學(xué)，分子生物學(xué)和遺傳學(xué)教授Jim Lupski博士領(lǐng)導(dǎo)。貝勒醫(yī)學(xué)院的人類遺傳學(xué)和得克薩斯州兒童醫(yī)院的主治醫(yī)師。”貝勒教授，霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所的研究員，德州兒童醫(yī)院的揚(yáng)·丹·鄧肯神經(jīng)學(xué)研究所的研究員Hugo J. Bellen博士說。

該患者和CMG隊(duì)列中的其他人在子宮內(nèi)未感染寨卡病毒。他們的遺傳缺陷導(dǎo)致小頭畸形。CMG科學(xué)家確定ANKLE2基因與該病有關(guān)。有趣的是，幾年前，貝倫實(shí)驗(yàn)室在果蠅模型中發(fā)現(xiàn)ANKLE2基因與神經(jīng)發(fā)育障礙有關(guān)。研究小組了解到寨卡病毒在子宮內(nèi)的感染會導(dǎo)致新生兒小頭畸形，因此研究了寨卡病毒通過ANKLE2介導(dǎo)其在大腦中的作用的可能性。

在隨后的果蠅研究中，研究人員證明了Zika蛋白NS4A的過度表達(dá)通過抑制ANKLE2(一種通過抑制VRK1蛋白活性發(fā)揮作用的細(xì)胞周期調(diào)節(jié)劑)的功能而在果蠅中引起小頭畸形。

由于對ANKLE2或VRK1在大腦發(fā)育中的作用知之甚少，Bellen和他的同事采用了多學(xué)科方法來弄清ANKLE2相關(guān)的小頭畸形的確切機(jī)制。

果蠅有助于弄清謎團(tuán)

研究小組發(fā)現(xiàn)，具有ANKLE2基因突變的果蠅幼蟲的大腦較小，神經(jīng)母細(xì)胞(腦細(xì)胞前體)明顯減少，并且無法存活到成年。在突變幼蟲中正常人類版本的ANKLE2基因的實(shí)驗(yàn)表達(dá)修復(fù)了所有缺陷，并確立了Ankle2功能喪失的根本原因。

第一作者說：“要了解為什么ANKLE2突變體的神經(jīng)母細(xì)胞少而大腦卻小得多，我們深入研究了不對稱細(xì)胞分裂，這是在蒼蠅和人的大腦中產(chǎn)生并維持神經(jīng)母細(xì)胞(也稱為神經(jīng)干細(xì)胞)的基本過程。”貝倫實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員Nichole Link博士。

不對稱細(xì)胞分裂是一個精確調(diào)節(jié)的過程，通過該過程神經(jīng)母細(xì)胞產(chǎn)生兩種不同的細(xì)胞類型。一個是成神經(jīng)細(xì)胞的副本，另一個是被編程為變?yōu)椴煌愋偷募?xì)胞(如神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞)的細(xì)胞。

這些細(xì)胞的正確不對稱分布和分裂對于正常的大腦發(fā)育至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈冃枰烧_數(shù)量的神經(jīng)元，產(chǎn)生多種神經(jīng)元譜系并補(bǔ)充成神經(jīng)細(xì)胞池以進(jìn)行進(jìn)一步的分裂。

“當(dāng)蒼蠅的Ankle2含量降低時(shí)，關(guān)鍵蛋白(如Par復(fù)合蛋白和Miranda)就被誤放置在Ankle2幼蟲的成神經(jīng)細(xì)胞中。此外，對這些成神經(jīng)細(xì)胞的實(shí)時(shí)成像分析顯示出許多明顯的跡象，表明細(xì)胞分裂存在缺陷或不完全。這些觀察結(jié)果指出Ankle2是不對稱細(xì)胞分裂的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑。”

進(jìn)一步的分析揭示了有關(guān)Ankle2如何調(diào)節(jié)不對稱神經(jīng)母細(xì)胞分裂的更多細(xì)節(jié)。他們發(fā)現(xiàn)Ankle2蛋白與VRK1激酶相互作用，并且Ankle2突變體以破壞不對稱細(xì)胞分裂的方式改變了這種相互作用。

Zika連接

“將我們的發(fā)現(xiàn)與寨卡病毒相關(guān)的小頭畸形聯(lián)系起來，我們發(fā)現(xiàn)，通過劫持不對稱神經(jīng)母細(xì)胞分裂的Ankle2 / VRK1調(diào)節(jié)，在果蠅中表達(dá)寨卡病毒蛋白NS4A會導(dǎo)致小頭畸形。這解釋了為什么在患有缺損的患者中觀察到嚴(yán)重的小頭畸形ANKLE2和VRK1基因與子宮內(nèi)寨卡病毒感染的嬰兒極為相似。”

“幾十年來，研究人員一直未能在脊椎動物模型的不對稱細(xì)胞分裂缺陷和小頭畸形之間找到實(shí)驗(yàn)證據(jù)。目前的研究朝著這個方向邁出了一大步，并提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，將單一的進(jìn)化保守的Ankle2 / VRK1途徑與調(diào)節(jié)成神經(jīng)細(xì)胞和小頭畸形的不對稱分裂。”貝倫說。

“此外，它表明，不管最初的觸發(fā)事件是什么性質(zhì)，無論是寨卡病毒感染還是先天性突變，小頭畸形都集中在破壞Ankle2和VRK1上，使其成為有希望的藥物靶標(biāo)。”

這項(xiàng)工作的另一個重要收獲是，研究最初在單個患者中觀察到的罕見疾病(指的是由罕見疾病引起的ANKLE2或VRK1基因變異引起的那些疾病)可以產(chǎn)生有價(jià)值的機(jī)制見解，并開辟了令人興奮的治療可能性常見的人類遺傳疾病和病毒感染。