近日來自三個研究課題組的科學家們組成的科研小組發(fā)現(xiàn)了一個與先天性心臟病相關(guān)的基因,，新研究發(fā)現(xiàn)為治療那些由于出生缺陷而受累的患者提供了新的途徑。該研究論文發(fā)表在12月5日的Nature Genetics 雜志上,。
普林斯頓大學的研究人員集中鑒定和研究了斑馬魚胚胎中的基因,，進而他們與其他的研究小組合作將研究范圍擴展到小鼠和人類的遺傳學研究。
“這項研究工作是科技協(xié)作和多模型系統(tǒng)真正的結(jié)合,，推動了我們更好地了解人類疾病,，”研究小組負責人、普林斯頓大學分子生物學助理教授Rebecca Burdine說
新研究證實CCDC40基因調(diào)控著組織發(fā)育從右至左的形成模式,，是器官的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵調(diào)控因子,。科學家們發(fā)現(xiàn)在斑馬魚或小鼠中敲除這個基因可導致器官的位置或內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞或顛倒,。然而這些所謂的“左右模式”缺陷并不常發(fā)生于斑馬魚和小鼠中,，而是高頻率地發(fā)生在帶有突變CCDC40基因的動物中,。
“我們利用了各種不同的模式生物去了解新基因表達的蛋白質(zhì)發(fā)揮功能的機制，” 論文的第一作者,、美國華盛頓國家兒童醫(yī)療中心（Children's National Medical Center）小鼠遺傳學研究小組的負責人Irene Zohn說,。
該研究工作是由Zohn研究小組與Burdine小組，以及德國弗萊堡大學醫(yī)院Heymut Omran醫(yī)生領導的科研小組合作完成,。“沒有三個科研小組的協(xié)作我們根本不可能獲得這些發(fā)現(xiàn),，”Zohn說道。
早在幾年前Zohn與動物左右模式研究的著名專家Burdine就已開始展開合作研究,。長期以來Burdine主要從事于對脊椎動物對稱模式及機體內(nèi)器官空間構(gòu)型影響因子的研究,。在人類和許多動物，心臟通常位于肝臟的左上方,。當左右模式發(fā)生缺陷時可導致人類先天性心臟缺陷,。
當機體的左右模式發(fā)生轉(zhuǎn)變時，每1萬人中就會有一個人出現(xiàn)所謂身體部位逆轉(zhuǎn)的情況,。在大多數(shù)情況下,，并不會產(chǎn)生什么不良的后果，然而當模式信號混亂使器官例如心臟中的主動脈和肺動脈發(fā)生逆轉(zhuǎn)時,，問題就出現(xiàn)了,。在極少數(shù)情況下，心臟會定位到缺乏支持結(jié)構(gòu)例如動脈和靜脈的一側(cè),。這種情況通常是致命的,。
Zohn和她的同事們在小鼠中發(fā)現(xiàn)了一個基因，當其發(fā)生突變時會破壞左右模式從而導致心臟缺陷,。Zohn希望Burdine幫助在斑馬魚中找出相似的基因,。Burdine進一步研究了Zohn發(fā)現(xiàn)的小鼠基因以及其在基因組中的定位后，很快在斑馬魚基因組的相同區(qū)域找到了一個基因突變,。通過深入的研究Burdine證實在小鼠和斑馬魚基因組相同區(qū)域發(fā)現(xiàn)的基因確實是同一個基因,。然后研究小組進一步追蹤了小鼠和斑馬魚中基因表達的位點以期更深入地了解基因的功能。研究人員發(fā)現(xiàn)這些基因在生成可動纖毛的細胞中特異地激活,。
Burdine相信帶有突變基因的斑馬魚胚胎應該存在某種纖毛缺陷,。然而當研究人員利用常規(guī)顯微鏡對斑馬魚胚胎中的纖毛進行觀察時并未發(fā)現(xiàn)什么異常。為了更深入了解詳情,，Burdine找到了一種專門透射電子顯微鏡，并利用它檢測了CCDC40突變斑馬魚的纖毛,，將其與帶有正?；虻陌唏R魚圖像進行了對比。這次Burdine發(fā)現(xiàn)突變斑馬魚中的纖毛結(jié)構(gòu)以一種前所未見的方式被破壞,。
然后Burdine將圖像轉(zhuǎn)發(fā)給了Omran,。Omran長期從事一種稱為原發(fā)性纖毛運動障礙（PCD）疾病患者的治療工作,。PCD患者存在呼吸道內(nèi)壁纖毛活動缺陷。正常情況下,，纖毛節(jié)律性地擺動,，使得粘液向喉嚨移動。當纖毛受損時,，它們無法減少或去除來自肺部的粘液,，從而導致患者罹患對慢性反復呼吸道感染敏感的疾病，包括支氣管炎和肺炎,。由于運動纖毛也是正確左右模式所必需的,，這些患者通常也伴有器官定位缺陷。
Omran對26位有相似纖毛缺陷的患者進行了檢測,，發(fā)現(xiàn)其中有17人存在CCDC40基因突變,。除了呼吸道纖毛疾病，患者還同時伴有先天性心臟缺陷,。這一發(fā)現(xiàn)證實了纖毛誘導的呼吸系統(tǒng)疾病與心臟病之間存在的聯(lián)系,。
“通過了解基因以及突變的特性，科學家們能夠更好地治療帶有突變基因并受累于呼吸系統(tǒng)疾病的患者,，并最終對損傷纖毛實現(xiàn)遺傳修復,，”Burdine說：“某些先天性心臟病可通過手術(shù)修復，但對于那些患者了解其將缺陷傳遞至下一代的風險是非常必要的,。在未來有可能通過篩查CCDC40的突變幫助確定先天性心臟病的患病風險,。”（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原文出處：
Nature Genetics doi:10.1038/ng.727
The coiled-coil domain containing protein CCDC40 is essential for motile cilia function and left-right axis formation
Anita Becker-Heck,Irene E Zohn,Noriko Okabe,Andrew Pollock,Kari Baker Lenhart,Jessica Sullivan-Brown,Jason McSheene,Niki T Loges,Heike Olbrich,Karsten Haeffner,Manfred Fliegauf,Judith Horvath,Richard Reinhardt,Kim G Nielsen,June K Marthin,Gyorgy Baktai,Kathryn V Anderson,Robert Geisler,Lee Niswander,Heymut Omran& Rebecca D Burdine
Primary ciliary dyskinesia (PCD) is a genetically heterogeneous autosomal recessive disorder characterized by recurrent infections of the respiratory tract associated with the abnormal function of motile cilia. Approximately half of individuals with PCD also have alterations in the left-right organization of their internal organ positioning, including situs inversus and situs ambiguous (Kartagener's syndrome). Here, we identify an uncharacterized coiled-coil domain containing a protein, CCDC40, essential for correct left-right patterning in mouse, zebrafish and human. In mouse and zebrafish, Ccdc40 is expressed in tissues that contain motile cilia, and mutations in Ccdc40 result in cilia with reduced ranges of motility. We further show that CCDC40 mutations in humans result in a variant of PCD characterized by misplacement of the central pair of microtubules and defective assembly of inner dynein arms and dynein regulatory complexes. CCDC40 localizes to motile cilia and the apical cytoplasm and is required for axonemal recruitment of CCDC39, disruption of which underlies a similar variant of PCD.
