新型肌萎缩性侧索硬化症动物模型的构建及其在大规模筛选中的应用

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a devastating motor neuron degenerative disease. The majority of ALS cases are sporadic ALS with unknown cause. Because the mechanism of ALS pathogenesis is unclear, there has been no cure of ALS so far. The large-scale, systematic screening is the most reliable and effective way to fully reveal the unknown mechanisms of the ALS disease and to find new therapeutic targets for treating ALS. Therefore, in this study, we propose to develop a new animal model of ALS that manifests the ALS-like phenotypes and pathological changes, fully reflects the characteristics of motor neuron disease, and most importantly, is suitable for large-scale screening. Using the Drosophila motor system and locomotion as a paradigm, we plan to specifically express human ALS genes in the fly motor neurons to cause neurodegeneration and climbing defects, which will be used as a major readout in the screen. Meanwhile, we will design and develop an automated monitoring and assessing system to evaluate the climbing capability of the diseased flies. Combining with the powerful fly genetics, we will carry out large-scale screening using this new ALS animal model. By doing so, we aim to improve the fundamental understanding of ALS and to promote mechanistic and intervention research on the ALS disease.

肌萎缩性侧索硬化症(ALS)是一种致命的运动神经元退行性疾病，临床表现主要为肌肉无力、萎缩，最终病人瘫痪、呼吸衰竭直至死亡。绝大多数ALS病例为原因不明的散发性ALS，且该疾病迄今为止尚无有效的治疗方法。大规模、系统化的筛选实验是全面揭示ALS的未知分子机制、寻找药物新靶点最可靠、有效的途径。因此，在本项目中我们提出创建一个既能真实模拟ALS临床表现和病理变化、充分反映运动神经元疾病特点，又适用于大规模筛选的新型ALS疾病动物模型的研究目标。项目计划以果蝇的运动神经系统和爬行能力为基础，通过在运动神经元中特异性表达人源ALS致病基因引发神经变性、导致爬行能力变化作为筛选实验的指征。同时，设计和开发可以自动化监测和评估果蝇爬行活动的系统，充分利用果蝇强大的的遗传学优势展开大规模筛选实验，深入研究ALS疾病的分子机制，以此推动ALS疾病机理和干预策略的研究。

肌萎缩性侧索硬化症 (ALS) 是一种致命的运动神经元退行性疾病，临床表现主要为肌肉无力、萎缩，最终病人瘫痪、呼吸衰竭直至死亡，迄今为止尚无有效的治疗方法。大规模的筛选实验是全面揭示ALS的未知机制、寻找药物新靶点最可靠、有效的途径。RNA结合蛋白TDP-43的基因突变可以导致ALS，且TDP-43蛋白的异常聚集是ALS疾病的病理性标志物。在本项目中，我们以TDP-43蛋白为切入点、借助果蝇这一强大的遗传性动物模型，综合利用神经退化的形态学改变和运动能力衰退作为readout，通过筛选实验找到调控ALS的关键基因，并进而结合体外生化实验、哺乳动物细胞、小鼠原代神经元等多种体内外模型进行机制研究，取得了一系列重要发现，主要包括：(1) 长链非编码RNA NEAT1通过调控TDP-43核体的形成影响ALS疾病的发生；(2) 多聚ADP核糖基化修饰在ALS发病过程中具有明显的调节作用；(3) PINK1和Parkin基因在神经退行性疾病ALS中在神经元中发生RNA、蛋白等多水平的异常改变。以上工作以及项目相关成果已发表6篇SCI科研论文，分别发表在Molecular Cell, Cell Research, Science Advances, Aging Cell, Cell Death and Disease等国际知名学术杂志上。此外，以上工作申请并已获得国内专利授权2项、已受理的国际PCT专利申请1项。本项目研究加深了我们对ALS疾病发生、发展的细胞和分子机理的理解，为研制和开发治疗神经退行性疾病的新型药物奠定了良好基础。