肌萎缩侧索硬化全新致病基因的发现及致病机制研究

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease that features selective death of upper and lower motor neurons. ALS usually occurs during young adult with rapid progression and fatal outcome. Patients often die 3 to 5 years after onset of the disease. Clarifying its pathogenesis and searching for therapy targets are always the research focus and hotspot in this field. We previously identified a newly causative gene of ALS which we named W gene and found mutations in this gene could lead to typical ALS pathology including abnormal intracellular protein accumulation and neuronal axons fracture as well as disorder. However, the specific pathogenesis remains unknown. Based on our original discovery and results, we will generate lentivirus-infected cell models, motor neuron models differentiated from iPS cells of the W gene mutation carrier and transgenic mice with neuron-specific expression of mutant W. We will investigate the physiological function of W protein and identify its interacting proteins, and study the effects of W gene mutations on the potential ALS pathogenesis including neuronal survival, endoplasmic reticulum stress, and protein degradation pathway. Our ultimate aim is to elucidate the pathologic mechanism of W gene mutation caused ALS, providing new theoretical and practical basis for diagnosis and treatment of ALS.

肌萎缩侧索硬化（ALS）是一种选择性侵犯上下运动神经元的致死性神经变性病，常在青壮年起病，进展快，无药可医，多在起病后3～5年去世。因此，解析其发病机制及寻找治疗靶点一直是本病的研究热点和重点。前期我们发现一个全新的ALS致病基因W并证实该基因突变可导致细胞内蛋白异常聚集以及神经元轴突断裂、紊乱等典型的ALS病理表现，但具体机制不清。本项目将以前期的原创性发现和实验结果为基础，构建W基因突变的慢病毒感染细胞，携带W基因突变个体iPS细胞诱导分化的运动神经元和人源W基因突变体在神经元选择性过表达的转基因小鼠，研究W蛋白的结构特点和生理功能，筛选互作蛋白，探讨W基因突变导致ALS发生发展的可能病理机制包括神经元存活、内质网应激、蛋白质降解途径等环节的异常，上述研究有助于揭示ALS的发病机制，为临床上诊治ALS提供新的理论依据和实验基础。

肌萎缩侧索硬化（ALS）是一种选择性侵犯上下运动神经元的致死性神经变性病，解析其发病机制并寻找治疗靶点一直是本病的研究热点和重点。前期我们发现一个新的ALS致病基因TOR3A并证实该基因突变可导致细胞内蛋白异常聚集及神经元轴突断裂、紊乱等ALS病理表现，但具体机制不清。本项目拟构建TOR3A基因突变的慢病毒感染细胞，携带TOR3A突变个体iPS细胞诱导分化的运动神经元和人源TOR3A突变体在神经元选择性过表达的转基因小鼠，研究TOR3A蛋白的结构特点和生理功能，筛选互作蛋白，探讨TOR3A突变导致ALS发生发展的可能病理机制。在本项目资助下，我们在3个ALS家系及1646个散发性ALS中发现了19种TOR3A基因罕见变异，散发性ALS患者携带TOR3A变异的比例显著高于正常人群(1.94% vs 0.97%，p=0.006)。转染突变型TOR3A的神经元会出现轴突长度缩短，分枝变少，凋亡增多。原位杂交及Real-time PCR提示TOR3A在小鼠大脑中广泛分布，在皮层、海马、小脑的浦肯野细胞及脊髓的前角表达量较高，与运动功能相一致，TOR3A在细胞内与内质网共定位。成功构建TOR3A转基因小鼠，并出现ALS样表型，包括体重减轻，肌肉萎缩，运动功能下降，脊髓前角运动神经元数量减少，肌电图提示有纤颤电位等，具体机制仍需进一步研究。此外，我们还收集了24个FALS和21个早发SALS患者，发现了17个已知致病变异和7个新变异，分析了中国ALS患者基因突变特征，发现SOD1、FUS、TARDBP突变分别占FALS的52.9%，8.8%，8.8%。SOD1突变是FALS中最常见突变，FUS突变是SALS中最常见突变。在4个FALS家系中发现3个SOD1新变异。免疫荧光结果提示，3个SOD1新变异均能引起SOD1蛋白错误折叠，并导致胞质内的聚集体形成。本研究结果提示TOR3A基因变异可导致ALS的发生，相关结果为诊治ALS提供新的理论依据和实验基础。