奧地利維也納分子生物技術(shù)研究所研究人員最終鑒定出一種控制致命性植物毒素和生化武器蓖麻毒素(ricin)如何殺死人的關(guān)鍵性蛋白Gpr107,。這一研究成果是研究人員利用一種結(jié)合干細(xì)胞生物學(xué)和現(xiàn)代篩選方法的開創(chuàng)性技術(shù)而發(fā)現(xiàn)的,，并且于2011年12月2日發(fā)表在科學(xué)期刊《細(xì)胞-干細(xì)胞》(Cell Stem Cell)上。
蓖麻毒素來自扁平的可用來制作蓖麻油的蓖麻種子,，是世界上最為致命的植物來源的毒物之一,，即便是一小量進(jìn)入血液就能夠在兩到三天之內(nèi)將人殺死。
蓖麻毒素如何作用
蓖麻油是一種強(qiáng)力瀉藥,，在醫(yī)學(xué)上已被使用了好幾個(gè)世紀(jì),，但是未加工的蓖麻種子也含有少量蓖麻毒素。迄今為止,，人們還沒有開發(fā)出針對它的解毒劑,。但是，如今奧地利維也納國家科學(xué)院分子生物技術(shù)研究所Josef Penninger教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組成員Ulrich Elling鑒定出一種稱作Gpr107的蛋白分子,。靶標(biāo)細(xì)胞上這種蛋白是蓖麻毒素發(fā)揮致命性作用所必需的,。換言之，缺乏Gpr107的細(xì)胞不受它的影響,。
Ulrich Elling樂觀地說,，“我們的研究如今提示著人們可能通過制造一種小分子來阻斷Gpr107蛋白的方式來開發(fā)出一種解毒方法。”
采用新技術(shù)對哺乳動物全基因組進(jìn)行篩選
其他人幾十年試圖發(fā)現(xiàn)的東西,，奧地利維也納分子生物技術(shù)研究所研究人員只需幾周的時(shí)間就能夠完成,。他們?nèi)〉玫目焖俪晒χ饕怯捎赨lrich Elling和Josef Penninger開發(fā)出的一種開創(chuàng)性基因研究方法。利用這種新方法,，他們能夠在合理的時(shí)間范圍內(nèi)在哺乳動物全基因組中篩選突變,。
直到現(xiàn)在，針對小鼠,、大鼠和其他哺乳動物的篩選方法都著重關(guān)注在發(fā)現(xiàn)單個(gè)突變,。這可通過RNA干涉技術(shù)或培育合適的基因敲除小鼠來研究移除單個(gè)基因的影響來實(shí)現(xiàn)。但是RNA干涉并不總是起作用,，而培育基因敲除的小鼠需要花費(fèi)好幾年的時(shí)間和大量的精力,。
這也是為什么Josef Penninger把他們自己開發(fā)的這種強(qiáng)大的技術(shù)視為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一場變革,。他說,，“我們?nèi)缃癯晒Φ貙⒔湍?--它只有單套基因組,，從而允許即時(shí)基因突變發(fā)生---遺傳學(xué)與干細(xì)胞生物學(xué)結(jié)合起來。幾十年來,，研究人員一直在哺乳動物中尋找一種能夠同時(shí)產(chǎn)生上百萬個(gè)基因突變的系統(tǒng),。我們解決了這個(gè)問題，甚至打破了生物學(xué)常規(guī)---我們成功地制造出攜帶單套染色體而且保持穩(wěn)定的小鼠干細(xì)胞,，并且開發(fā)出新的工具利用這些干細(xì)胞在同一時(shí)間內(nèi)就一種特定功能快速地檢查全部基因,。”
這種新技術(shù)有助于Ulrich Elling解開蓖麻毒素的毒性作用。他在小鼠干細(xì)胞上千個(gè)不同突變中測試這種毒素,，發(fā)現(xiàn)有49個(gè)不同的基因突變存在單個(gè)蛋白分子Gpr107上,。很明顯，這種蛋白上的突變拯救了這些細(xì)胞,。
與干細(xì)胞研究結(jié)合的新技術(shù)顯示出廣泛的應(yīng)用
鑒于干細(xì)胞能夠轉(zhuǎn)變?yōu)槿松眢w內(nèi)任何細(xì)胞,，這一發(fā)現(xiàn)的巨大潛力變得越來越明確。Josef Penninger興奮地說,，“這一發(fā)現(xiàn)的可能用途是無法列舉的,，范圍從諸如基礎(chǔ)性問題---比如哪些基因?qū)τ谛募〖?xì)胞發(fā)揮正常功能是必需的---到具體的應(yīng)用，比如我們在蓖麻毒素研究中所進(jìn)行的那樣,。”
Penninger研究小組已經(jīng)正在開展下一批項(xiàng)目的研究，包括研究腫瘤細(xì)胞如何能夠抵抗化療---癌癥發(fā)育中一個(gè)關(guān)鍵性問題,，以及神經(jīng)細(xì)胞如何能夠再生以便為半身不遂的人提供希望,。(生物谷Bioon.com：towersimper編譯)
doi:10.1016/j.stem.2011.10.012
PMC:
PMID:
Forward and Reverse Genetics through Derivation of Haploid Mouse Embryonic Stem Cells
Ulrich Elling, Jasmin Taubenschmid, Gerald Wirnsberger, Ronan O'Malley, Simon-Pierre Demers, Quentin Vanhaelen, Andrey I. Shukalyuk, Gerald Schmauss, Daniel Schramek, Frank Schnuetgen, Harald von Melchner, Joseph R. Ecker, William L. Stanford, Johannes Zuber, Alexander Stark, Josef M. Penninger
All somatic mammalian cells carry two copies of chromosomes (diploidy), whereas organisms with a single copy of their genome, such as yeast, provide a basis for recessive genetics. Here we report the generation of haploid mouse ESC lines from parthenogenetic embryos. These cells carry 20 chromosomes, express stem cell markers, and develop into all germ layers in vitro and in vivo. We also developed a reversible mutagenesis protocol that allows saturated genetic recessive screens and results in homozygous alleles. This system allowed us to generate a knockout cell line for the microRNA processing enzyme Drosha. In a forward genetic screen, we identified Gpr107 as a molecule essential for killing by ricin, a toxin being used as a bioweapon. Our results open the possibility of combining the power of a haploid genome with pluripotency of embryonic stem cells to uncover fundamental biological processes in defined cell types at a genomic scale.
