2型强直性肌营养不良症研究取得新进展

在最近的ACS Chemical Biology杂志上发表的一项研究中，美国的科学家们利用X射线晶体衍射技术，发现了强直性肌营养不良2重复的原子级结构。这项研究，在原子级水平上，揭示了引起这种疾病的遗传缺陷，并利用此信息，设计针对这些缺陷进而逆转病情的候选药物。

　　

生物通报道：强直性肌营养不良（Myotonica dystrophia，DM）是较常见的肌营养不良性疾病，属于常染色体显性遗传。现已根据临床及分子遗传学分型为DM1和DM2两种类型。强直性肌营养不良症2型（DM2），是由位于3q21.3区域的锌指蛋白9（ZNF9）基因第一内含子中的CCTG四核苷酸异常重复扩展而引起，这些突变相应地引起RNA的CUG、CCUG三四核苷酸重复。

美国佛罗里达州立大学斯克利普斯研究所（TSRI）的科学家们，在原子级水平上揭示了引起2型强直性肌营养不良症的遗传缺陷，并利用此信息，来设计具有针对这些缺陷进而逆转病情的潜力的候选药物。

TSRI的副教授Matthew Disney带领了这项研究，他说：“目前，这是第一次确定了引起这种疾病的RNA结构缺陷。我们根据这些结果设计的化合物，即使以很少的量，也能显著改善处理细胞中的疾病相关缺陷。”
2型强直性肌营养不良症，是一种相当罕见的肌营养不良症，比1型强直性肌营养不良较温和，是本疾病最常见的成人发病的形式。

强直性肌营养不良症的两种类型都是遗传性疾病，包括渐进性肌肉萎缩和无力，而且都是由一种称为“RNA重复扩展”（一系列的核苷酸，比人遗传密码中的正常核苷酸，重复更多的次数）的遗传缺陷造成的。重复结合到MBNL1蛋白上，使其无效，导致RNA剪接异常，从而导致了这种疾病。

许多研究人员都曾经试图探寻强直性肌营养不良2重复的原子级结构，但是他们遇到了技术难点。科学家们利用一种称为X射线晶体衍射（X-ray crystallography）的技术，来寻找详细的结构信息。在这项技术中，科学家们控制一个分子，使之形成晶体形式。然后，将该晶体置于一束X射线中，当他们击打晶体中的原子时，晶体会发生衍射。然后，科学家们可以根据衍射的模式，重塑最初的分子的形状。

这项新研究发表在最近的ACS Chemical Biology杂志上。在这之前，科学家们一直不能使有问题的RNA结晶。斯克利普斯团队在这个问题上花了几年的时间，成功地设计了在不同位置有晶体接触的RNA。这使得RNA被结晶——其结构被发现。

利用RNA结构和运动的相关信息，科学家们能够设计分子来改进RNA的功能。

研究人员利用精细的计算机模型（该模型能够精确显示小分子如何与RNA相互作用，并随时间改变RNA结构），验证了这个新发现。这些预测模型，与科学家们在研究中的发现——这些新化合物以一种可预见和可复制的方法，结合到重复结构上——相一致，揭示了这种疾病的原因。

本文第一作者、TSRI的Jessica Childs-Disney和美国西北大学的Ilyas Yildirim说：“我们利用一种自下而上的方法，首先去了解RNA结构的小组件如何与小分子相互作用。我们设计的化合物改进了这种缺陷，这个事实表明，我们这种非常规的方法是可行的。”

除了Disney、Childs-Disney和Yildirim，本文的作者还包括TSRI的Jeremy Lohman、Lirui Guan、Tuan Tran和HaJeung Park，德克萨斯大学医学分校的Partha Sarkar，西北大学的George C. Schatz。（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Structure of the Myotonic Dystrophy Type 2 RNA and Designed Small Molecules That Reduce Toxicity
Abstract: Myotonic dystrophy type 2 (DM2) is an incurable neuromuscular disorder caused by a r(CCUG) expansion (r(CCUG)exp) that folds into an extended hairpin with periodically repeating 2×2 nucleotide internal loops (5′CCUG/3′GUCC). We designed multivalent compounds that improve DM2-associated defects using information about RNA–small molecule interactions. We also report the first crystal structure of r(CCUG) repeats refined to 2.35 Å. Structural analysis of the three 5′CCUG/3′GUCC repeat internal loops (L) reveals that the CU pairs in L1 are each stabilized by one hydrogen bond and a water-mediated hydrogen bond, while CU pairs in L2 and L3 are stabilized by two hydrogen bonds. Molecular dynamics (MD) simulations reveal that the CU pairs are dynamic and stabilized by Na+ and water molecules. MD simulations of the binding of the small molecule to r(CCUG) repeats reveal that the lowest free energy binding mode occurs via the major groove, in which one C residue is unstacked and the cross-strand nucleotides are displaced. Moreover, we modeled the binding of our dimeric compound to two 5′CCUG/3′GUCC motifs, which shows that the scaffold on which the RNA-binding modules are displayed provides an optimal distance to span two adjacent loops.