CRISPR-Cas 更正DJ-1突变基因并诱导多巴胺能神经元细胞移植DJ-1 KO大鼠PD模型研究

Parkinson's disease is the result of genetic and environmental coefficient， Loss of nigrostriatal dopaminergic neurons and depletion of striatum dopamine are typical pathological changes. DJ-1 mutations is associated with autosomal-recessive PD with early onset, as well as sporadic PD. DJ-1 play neuroprotective effects via transcriptional regulation, antioxidant, chaperones and protease, which make it a new therapeutic target of PD. Our study use gene-editing technique (CRISPR-Cas, clustered regularly interspaced palindromic repeats) to repair the DJ-1 mutations in human peripheral blood monouclear cells and stereotactically injected into the substantia nigra of DJ-1 knockout PD rat after induced into dopaminergic neurons.To detect whether the repair of DJ-1 is correct, the activity of induced dopaminergic neurons, the number and function of nigrostriatal dopaminergic neurons before and after the transplantation from behavioral, function, oxidation, protein and gene levels, respectively. Our study aim to explore the protective effect of DJ-1 on dopaminergic neurons.

帕金森病是遗传因素和环境因素共同作用的结果，黑质致密部多巴胺能神经元丢失，纹状体多巴胺耗竭是其典型的病理学特征。DJ-1基因的突变与常染色体隐性遗传的早发帕金森病及散发性帕金森病均有关系，它通过转录调节、抗氧化、分子伴侣和蛋白酶作用发挥神经保护作用，有可能成为PD新的治疗靶点。因此我们提出利用基因编辑技术（CRISPR-Cas）技术修复DJ-1基因，探索其对多巴胺神经元的保护作用及机制。通过CRISPR/Cas9实现外周血单核细胞DJ-1突变的定点修复，后经诱导成多巴胺能神经元，通过立体定向技术将诱导的多巴胺能神经元定点注入DJ-1基因敲除PD大鼠黑质中，分别在行为学、功能学、氧化、蛋白及基因水平检测DJ-I的修复正确与否、经诱导后多巴胺能神经元的活性以及移植前后黑质中多巴能胺神经元的数目与功能，探索恢复DJ-1功能对多巴胺能神经元可能的保护作用及机制。

DJ-1基因的突变导致了遗传性早发帕金森病（PD），其病理也存在散发性PD的典型表现。DJ-1蛋白可以通过转录调节、抗氧化、分子伴侣和蛋白酶等多种途径发挥作用，是沟通遗传性PD和散发性PD的内在联系和疾病机制探索的重要桥梁。在干细胞移植散发性PD初露端倪之际，该技术能否应用于以DJ-1为代表的遗传性PD中知之甚少，对于探索遗传性PD的不可逆性病程的干预手段至关重要。本研究通过人群遗传筛查、基因重编程、CRISPR/Cas9定点修复、多巴胺能神经元诱导技术、立体定向移植技术等手段，建立了诱导多能干细胞构建平台、基因编辑体系和多巴胺能神经元构建平台，较为全面地了解了DJ-1突变在诱导多能干细胞和多巴胺能神经元中的作用和DJ-1 KO对SD大鼠的影响，并对比了不同干细胞移植DJ-1 KO大鼠和PD大鼠模型的行为学和病理的差异。此外，研究还探索了DJ-1在散发性PD中的影响。研究结果初步在DJ-1为代表的遗传性PD的动物模型中探索了干细胞移植治疗的可行性，进一步深入了DJ-1在PD中的作用，弥补了该领域的空白，将为DP等退行性疾病的临床转化提供实验依据。