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重点研究 | 最新研究项目:用于FSHD治疗开发和临床前测试的猪大型动物疾病模型的开发建立
来源: | 作者:FSHD小飞侠 | 发布时间: 2021-04-14 | 631 次浏览 | 分享到:

美国内华达大学里诺医学院Peter & Takako Jones实验室


用于FSHD治疗开发和临床前测试的猪大型疾病动物模型的开发建立


该研究项目总预算:2,240,000美元

{根据已公开信息:总预算中加拿大FSHD基金会资助1,240,000美元,美国chriscarrino基金会资助50,000美元,其他资助方暂未公布。}


研究机构:美国内华达大学里诺医学院,Peter & Takako Jones实验室


关于该研究的介绍:


FSHD的主要治疗靶点是DUX4-fl mRNA和DUX4-FL蛋白,FSHD的动物模型应基于DUX4-fl的表达。我们以前已经产生了第一个可行且可育的转基因FSHD小鼠模型FLExDUX4,该小鼠有条件表达DUX4-fl,并产生DUX4诱导的FSHD样表型。该研究项目的目标是使用类似的技术来生成FSHD的大型动物模型,以便使用小型猪模型对多种潜在的FSHD治疗方法进行临床前验证。我们将生成建立三个小型猪模型,1)FLExDUX4小型猪,其包含在骨骼肌中受条件调节的人DUX4基因,2)FSHD1小型猪,其包含4q35和3.5 D4Z4染色体重复单元的人FSHD区,3 )带有D4Z4阵列和致病性SMCHD1突变的FSHD2小型猪。该项目的意义在于将通过提供重要的工具来评估临床前疗效,安全性,毒理学和在与人类相关的系统中进行给药,从而加快临床治疗方法的发展。


关于FSHD小鼠模型:研究进展 | Follistatin基因疗法可增强FSHD小鼠模型的肌肉


关于人类疾病的动物模型:


人类疾病的动物模型(animal model of human disease) 是指各种医学科学研究中建立的具有人类疾病模拟表现的动物。

动物疾病模型主要用于实验生理学、实验病理学和实验治疗学(包括新药筛选)研究。人类疾病的发展十分复杂,以人本身作为实验对象来深入探讨疾病发生机制,推动医药学的发展来之缓慢,临床积累的经验不仅在时间和空间上都存在局限性,而且许多实验在道义上和方法上也受到限制。而借助于动物模型的间接研究,可以有意识地改变那些在自然条件下不可能或不易排除的因素,以便更准确地观察模型的实验结果并与人类疾病进行比较研究,有助于更方便,更有效地认识人类疾病的发生发展规律,研究防治措施。

长久以来人们发现,以人本身作为实验对象来推动医学的发展是困难的,临床所积累的经验不仅在时间和空间上存在着局限性,许多实验在道义上和方法学上还受到种种限制。而动物模型的吸引力就在于它克服了这些不足点,其在生物医学研究中所起到的独特作用,正受到越来越多的科技工作者的重视。动物模型的优越性主要表现在以下几下方面。1.避免了在人身上进行实验所带来的风险。2.临床上平时不易见到的疾病可用动物随时复制出来。3.可以克服人类某些疾病潜伏期长,病程长和发病率低的缺点。4.可以严格控制实验条件,增强实验材料的可比性。5.可以简化实验操作和样品收集。6.有助于更全面地认识疾病的本质。动物疾病模型的另一个富有成效的用途,在于能够细致地观察环境或遗传因素对疾病发生发展的影响,这在临床上是办不到的,对于全面地认识疾病本质有重要意义。

因此利用动物疾病模型来研究人类疾病,可以克服平时一些不易见到,而且不便于在病人身上进行实验的各种人类疾病的研究。同时还可克服人类疾病发生发展缓慢,潜伏期长,发病原因多样,经常伴有各种其它疾病等因素的干扰,可以用单一的病因,在短时间内复制出典型的动物疾病模型,对于研究人类各种疾病的发生、发展规律和防治疾病疗效的机理等是极为重要的手段和工具。


关于美国内华达大学里诺医学院Peter & Takako Jones实验室实验室


Peter Jones博士和Takako Jones博士是一对夫妻也是实验室共同PI,多年来一直致力于FSHD疾病研究。


Peter Jones博士在其职业生涯的大部分时间里一直在研究基因调控的表观遗传机制,并且自2003年以来一直致力于面肩肱型肌营养不良症(FSHD)的致病机制。Jones博士在Emory University的Jeremy Boss博士获得博士学位,致力于通过原发性免疫反应细胞因子进行基因调控。他的论文工作提出了增强染色质结构在细胞因子介导的基因调控中的关键作用。为了进一步发挥染色质作为调控机制的新兴作用,Jones博士在美国国立卫生研究院(NIH)与Alan P. Wolffe博士进行了博士后研究,当时染色质生物学的领导者之一。在NIH,Jones博士将他的培训扩展到生物化学和发育生物学,重点是表观遗传学,DNA甲基化和染色质重塑。2001年,Jones博士在伊利诺伊大学香槟分校的伊利诺伊大学担任助理教授,并开始使用DNA鉴定新的DNA甲基化和染色质重塑复合物非洲爪蟾作为模型系统。当一次偶然机会一名研究生向他介绍FSHD疾病时,实验室开始了几个探索性FSHD研究项目,直到现在Jones博士全职从事FSHD转化研究。在2008年,Jones博士与他的妻子Takako Jones博士(细胞和发育生物学专家)合作,从那时起,这两个人一直担任共同PI。自UIUC以来,Jones实验室已经搬迁了好几次,先是加入了波士顿生物医学研究所,然后加入了麻省大学医学院,现在又加入了内华达大学里诺医学院。每个机构都资助Jones博士开发用于FSHD研究项目的新技术和专业知识。Jones实验室的已发表研究运用了生物化学,发育生物学,细胞生物学,基因组学和分子生物学方法。模型系统包括秀丽隐杆线虫,非洲爪蟾,蜜蜂,果蝇,小鼠以及原代小鼠和人类肌原细胞。该实验室的共同主题仍然是探索肌肉发育和疾病的表观遗传学。



Peter & Takako Jones实验室研究重点是面肩肱肱型肌营养不良症(FSHD)。FSHD是影响男性和女性,儿童和成人的常见肌肉营养不良症之一。遗传因素和表观遗传方面都与疾病严重程度和进展的高度可变的水平相关。目前FSHD尚无治疗方法,也没有改善措施。 实验室正在开发针对FSHD的新型疗法,包括小分子抑制,ncRNA和基于CRISPR的方法。此外,使用FSHD作为模型来研究基因调控的表观遗传机制。



Peter和Takako Jones共同作为PI,将基因调控,生物化学和染色质的专业知识与细胞生物学,发育生物学和分子生物学的专业知识相结合。一起研究基因调控的表观遗传机制,重点是DNA甲基化,Polycomb组蛋白,组蛋白翻译后修饰和非编码RNA的组合作用。

实验室使用广泛的方法,包括生物化学,细胞生物学,发育生物学,蛋白质组学和表观基因组学,来研究在正常肌肉发育过程中发挥作用的表观遗传机制,并建立和维持疾病状态。此外,我们的实验方法利用了几种不同的模型生物(小鼠,果蝇,秀丽隐杆线虫和非洲爪蟾)来扩大在主要的人类细胞培养模型和体外系统中的工作。总体而言,旨在设计针对人类疾病中涉及的表观遗传调控机制的治疗方法,尤其侧重于肌病。研究主要包括四个方面:


肌肉发育和疾病的表观遗传学


FSHD中差异调节的表观遗传机制包括DNA甲基化,组蛋白翻译后修饰的某些组合,Polycomb组蛋白,染色质重塑机制,lncRNA,RNA依赖性DNA甲基化和核组织。


实验室使用面肩肱型肌营养不良症(FSHD)作为模型来研究基因调控的表观遗传机制。FSHD的遗传标准仅是疾病容许的,但是,所有形式的临床FSHD都表现出4q35 D4Z4染色体大卫星的表观遗传失调。FSHD中差异调节的表观遗传机制包括DNA甲基化,组蛋白翻译后修饰,Polycomb组蛋白,lncRNA,RNA依赖性DNA甲基化和核组织。


工程化新型疾病模型以进行治疗开发和临床前测试


FSHD病理学的主要介质是DUX4(双同源盒4)基因位于FSHD允许的4q染色体的远端D4Z4重复单元中。DUX4全长(DUX4-f1)mRNA变异的异常表达对于发展FSHD是必要的,但并不一定足够。DUX4-fl编码一种转录因子,该因子激活数百种蛋白质编码基因和ncRNA的表达,而DUX4-fl的表达导致许多体细胞中的快速凋亡。但是,对于FSHD中DUX4介导的实际致病机制或其在发育中的正常作用所知甚少。这主要是由于在传统模型生物(如小鼠和果蝇)中未发现DUX4的事实。DUX4源自扩增的灵长类动物特异性逆转录因子;因此,完整的DUX4基因仅存在于旧大陆的灵长类动物中。


实验室目前正在设计FSHD的人类细胞以及动物模型,包括小鼠,果蝇和秀丽隐杆线虫,以进行治疗性开发和临床前测试。这些模型基于DUX4-FL和/或FRG1的异常表达,DUX4-FL和/或FRG1是两个重要的基因,在发育中与介导FSHD病理生理有关。这些与FSHD疾病相关的模型用于测试小分子,ncRNA和基于CRISPR的治疗方法。


FSHD治疗发展


导致FSHD的关键事件是由于通过物理删除调节异染色质(FSHD1)或表观遗传调控蛋白(FSHD2)中的基因突变。FSHD的主要介体是在最远端的D4Z4重复单元内编码的DUX4基因的异常表达和剪接。设计治疗策略以靶向(1)DUX4上游,重点在于DUX4表达的表观遗传学和肌源性调节,(2)致病性DUX4-fl mRNA(3)DUX4表达的某些可控下游效应。实验室小组正在使用小分子,反义,ncRNA和基于CRISPR的方法来阻断DUX4-fl的表达和功能。这些原理验证研究是同时使用两种方法进行的以及FSHD的体内模型。


RNA结合蛋白参与发育和疾病


FRG1是高度保守的蛋白质,对于肌肉组织和脉管系统的发育至关重要。我们确定了FRG1的几个新活动,包括mRNA结合和肌动蛋白捆绑,并将FRG1表征为核穿梭蛋白。有趣的是,在肌肉中,FRG1主要为细胞质,并定位于肌小节。但是,增加FRG1的水平会导致其定位于细胞核。我们建议研究FRG1在运输和定位到肌节的mRNA的功能。

最初,我们的实验室跟进了P. Jones博士后的工作,并专注于MeCP2(甲基CpG结合蛋白2),一种甲基化的DNA结合蛋白,最初被描述为转录阻遏物,但现在已知在基因调控和染色质组织中具有多种作用。MeCP2对于神经元发育和成熟以及Rett综合征中最常突变的基因至关重要。我们已经证明,MeCP2存在于大脑中多种不同的蛋白质复合物中,每种复合物具有不同的活性。当前,实验室对一种这样的MeCP2复合体的RNA结合活性及其与Rett综合征中的基因调控和失调调控之间的关系特别感兴趣。此外,考虑到FSHD中D4Z4位点的甲基化损失,实验室也在探索MeCP2在FSHD发病机理中的潜在作用。