科学家创造了果蝇,其基因突变类似于引起人类癫痫发作的基因突变 - 这是基因工程中的第一次。

科学家创造了果蝇,其基因突变类似于引起人类癫痫发作的基因突变 - 这是基因工程中的第一次。

研究人员创造了癫痫果蝇果蝇模型,以辨别温度依赖性(发热性)癫痫发作的机制。

研究人员使用了一种称为同源重组的技术 - 一种比转基因基因工程更精确和更复杂的技术 - 使苍蝇成为引起疾病的突变,这种突变是导致人类发热性癫痫发作的突变的直接类似物。

他们观察了整只苍蝇的温度依赖性癫痫发作,并观察了苍蝇大脑的过程。他们发现突变导致某些细胞通常抑制大脑过度活动以正确调节其电化学行为的能力下降。

“这是有史以来第一次将人类致病突变明显引入苍蝇所拥有的同一基因中,”布朗大学生物学教授,“ 神经科学杂志”的论文共同作者罗伯特雷南说

电气故障

同源重组(HR)从利用转座因子或“跳跃基因”的转基因技术开始,将特定突变的基因插入到苍蝇的DNA中的任何位置,但随后超越这一点,最终将突变的基因置于与其完全相同的位置。 X染色体上的天然基因。

HR通过装配由细胞自身的DNA修复机制处理的基因来实现这一点,基本上欺骗细胞将突变体拷贝放入正确的位置。

这篇新论文是Reenan与加州大学欧文分校神经生物学家Diane O'Dowd合作的结果。Reenan和大学生Jeff Gilligan使用HR在果蝇中插入了一个突变版本的para基因,该基因与人类基因SCN1A中的突变直接平行,导致人类发热性惊厥。

当研究人员将苍蝇放入试管中并将试管浸泡在104华氏度的水中时,突变果蝇在20秒后出现癫痫发作,其中双腿开始抽搐,随后是翅膀拍打,腹部卷曲,无法保持站立状态。 。在那之后,他们在恢复之前长达半小时一动不动。与此同时,未改变的苍蝇没有表现出与温度有关的癫痫发作。

研究人员还发现癫痫易感性是剂量依赖性的。具有para基因的两个拷贝的突变株(雌性具有X染色体的两个拷贝)的雌性果蝇对癫痫发作最敏感。那些只有一个基因拷贝是突变体的人比那些有两个人被抓住的人更不可能,但比对照更可能。

虽然布朗的研究人员比较了整只蝇的癫痫发作易感性,但O'Dowd,主要作者雷孙和加州大学欧文分校的同事研究了与癫痫发作活动有关的个体飞蝇神经元,以了解它们在大脑被加热时的表现。

他们在突变果蝇中发现的测量结果是“GABA能”神经元如何通过细胞膜中的通道吸收钠的缺陷。在正常情况下,神经元会抑制大脑过度活动。但突变体对钠的错误处理导致它们失电。

“当[O'Dowd的研究小组]分离由钠通道引起的那些电流时,这种情况在这种情况下会发生变异,并且她将正常动物与疾病模型动物进行比较,结果是突变通道传递的电流过多,”雷南说。“渠道太容易打开,他们需要付出更多努力来关闭。他们开得太快,他们关闭得太晚了。在较高温度下,这种影响会被放大。然后神经元不能发送任何[抑制]信号。“

'敲门'方法

Reenan说,在果蝇中有一个有用的癫痫遗传模型,他乐观地认为研究人员现在可以寻找这种疾病的潜在治疗方法。他说,下一步是利用“前向遗传学”的做法寻找可能对抗高热惊厥的进一步突变。

鉴于成千上万的苍蝇患有这种疾病的模型,科学家可以故意让他们接受不同的DNA改变条件,然后看看是否有任何苍蝇失去了癫痫发作的倾向。在那些人中,研究人员可以确定负责的特定遗传改变,并确定是否可以临床应用。

例如,如果事实证明突变证明是治疗性的,因为它导致某种蛋白质过度表达,那么也许该蛋白质可以被精炼成某种生物制药。

Reenan说他希望看到研究人员也遵循其他疾病的类似路线图。

作者写道:“将特定致病突变纳入苍蝇基因组有可能为研究可遗传的人类疾病的细胞机制提供一个快速,低成本的平台。” “此外,敲入蝇可与前向遗传筛选结合使用,以识别抑制因子和/或增强子突变,这种策略在人类和啮齿动物模型中具有挑战性,但在果蝇中已经确立。”