赵新宇研究组：脆性X染色体综合征甚至在出生前就开始发展

脆性X综合征是最常见的遗传性智力残疾，可能在出生前就在脑细胞中出现，尽管通常要到3岁或更晚才会被诊断出来。威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员今天在《神经元》杂志上发表的一项新研究表明，FMRP是脆性X综合征患者体内缺乏的一种蛋白质，在产前发育过程中，FMRP在线粒体的功能中起作用，线粒体是产生能量的细胞的一部分。

　　

脆性X综合征是最常见的遗传性智力残疾，可能在出生前就在脑细胞中出现，尽管通常要到3岁或更晚才会被诊断出来。

威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员在《神经元》杂志上发表的一项新研究表明，FMRP是脆性X综合征患者体内缺乏的一种蛋白质，在产前发育过程中，FMRP在线粒体的功能中起作用，线粒体是细胞产生能量的一部分。他们的研究结果从根本上改变了科学家对脆性X染色体综合征发育起源的理解，并提出了一种治疗因功能障碍而受损的脑细胞的潜在方法。

这项研究由威斯康星大学麦迪逊分校威斯曼中心神经科学教授和神经发育疾病研究员赵新宇（Xinyu Zhao）领导完成，复旦大学脑科学前沿科学中心沈敏杰研究员，赵新宇团队博后Carissa和Yu Guo，徐州医科大学李盟教授为共同一作。

他们发现FMRP调节一种名为RACK1的基因来促进线粒体功能。通过使用一种增强线粒体功能的药物，研究人员能够拯救因缺乏FMRP而受损的脑细胞。

患有FXS的人可能会出现发育迟缓——在预期年龄不会坐、不会走或不会说话——以及轻度到重度的智力障碍、学习障碍以及社交和行为问题。大约一半的人还被诊断为自闭症谱系障碍。

赵教授在之前的研究中发现，模仿FXS的FMRP缺陷小鼠的线粒体更小，更不健康。深入研究后，他们还发现FMRP调节与线粒体分裂融合有关的基因，线粒体融合成更大形状的过程是为了为细胞产生更多的能量。

在这项研究中，研究人员培养了从诱导多能干细胞中培养出来的被称为神经元的脑细胞。由于干细胞来自患有FXS的人，研究人员可以在细胞水平上研究这种疾病的发展，确定人类细胞中的线粒体是否经历了与小鼠相似的问题。

“事实上，我们发现人类神经元也有碎片化的(更小的)线粒体，”赵教授说。他们还发现，来自FXS患者的神经元中的线粒体较少，而在模拟FXS的小鼠的神经元中没有发现这一点。

“在人类神经元中，这是一种双重缺陷。不仅仅是裂变融合，还可能在线粒体的产生中”。

尽管人们早就知道FMRP与FXS密切相关，但这项新发现明确了该蛋白在FXS早期发展中的作用。

FXS的症状在婴儿出生后很久就会出现。许多婴儿在表现出发育缓慢、自闭症特征或发育缺陷之前，似乎发育正常。患有FXS的儿童通常在三岁或更大的时候被诊断出来。

赵教授说:“这意味着许多科学家一直认为FMRP对出生后的成熟状态更重要。”

FMRP是一种调节信使RNA使用的蛋白质，信使RNA是DNA的一种工作拷贝，用于产生细胞内发生的蛋白质。研究人员发现，许多与FMRP相互作用的mRNA链与自闭症有关，这为FXS和自闭症谱系障碍之间提供了分子联系。出乎意料的是，许多fmrp结合的mrna是由被归类为必需基因的基因表达的，这些基因在产前发育期间非常忙碌，但在出生后活性较低。

“这意味着FMRP在产前发育中有一个我们以前没有真正考虑过的功能。我们发现FMRP也调节产前发育的事实非常有趣，实际上表明我们在脆性X综合征中看到的一些影响已经在产前发育中发生了。”

其中一个重要基因是RACK1，首次被发现在FXS中起作用。

“当RACK1在脆弱的X神经元中较低时，线粒体就会受到影响，神经元就会表现出线粒体缺陷和过度兴奋性，就像未成熟的神经元一样。但当我们重新引入RACK1时，我们可以拯救它，”赵教授说。

研究人员利用来自患有FXS的个体的培养神经元来筛选药物，发现了一种名为来氟米特的药物，可以纠正线粒体缺陷。治疗改善了线粒体功能，降低了神经元的过度兴奋性。

接下来，赵教授想对线粒体功能障碍进行详细的生化分析，并找出哪些关键蛋白质在FXS影响的神经元中较少存在。她还致力于更好地了解RACK1和来氟米特是如何挽救线粒体功能的。

原文标题：

Reprints Request Species-specific FMRP regulation of RACK1 is critical for prenatal cortical development

作者简介：

Xinyu Zhao

The research in our laboratory focuses on understanding the molecular mechanisms that regulate neural stem cells and neurodevelopment with the goal of applying this knowledge in the treatment of neurological disorders and injuries

Stem cells have two fundamental properties: self-renewal and multipotency. During development, stem cells and resulting progenitor cells are responsible for generating all the tissues and cells of an organism. In the adult, stem cells exist in many tissues throughout life and may play critical roles in physiological functions and tissue regeneration. The maintenance of their “stemness” state and commitment to differentiation are tightly controlled by both intrinsic genetic and epigenetic programs and extrinsic stimuli. Neural stem cells are the stem cells of the central nervous system and have the capacity to differentiate into different types of neurons and glia. In the postnatal and adult brains neural stem cells have significant roles in both normal brain functions, such as and learning, memory and the brain’s response to injuries.

My laboratory investigates transcriptional and post-transcriptional mechanisms that regulate mammalian neural stem cells and neuronal development. We use mouse genetics, primary neural stem cells, and human patient-derived pluripotent stem cells as model systems in our research. We employ a combination of genetic, genomic, proteomic, imaging, and behavioral methods to interrogate the roles of genes, epigenetic regulators, RNAs in neuronal development and their implications in human neurodevelopmental disorders, including Rett Syndrome, Autism, and Fragile X syndrome, etc.