未折叠蛋白质的普遍初始热力学亚稳态

探索和理解蛋白质折叠问题一直是分子生物学、结构生物学和生物物理学的终极挑战.未折叠的蛋白质应该存在一种普遍初始热力学亚稳态,否则无法解释蛋白质是如何在剧烈的热振动干扰下完成快速精确折叠的.本文通过分析水溶液环境和蛋白质折叠的相关性,揭示了一种由水分子屏蔽效应引起的未折叠蛋白质的普遍初始热力学亚稳态,该亚稳态的存在是水溶液环境中水分子的物理性质决定,并赋予未折叠蛋白质抵抗热扰动和避免错误折叠的能力.我们通过研究已发表的实验数据和建立分子模型,找到了该初始热力学亚稳态存在的相关证据,并推测了该亚稳态导致蛋白质精确折叠的相关物理学机制.     

应用CRISPR/Cas13b编辑技术治疗TNNT2R141W转基因小鼠的扩张型心肌病

本研究旨在应用CRISPR/Cas13b系统对TNNT2R141W转基因扩张型心肌病（dilated cardiomyopathy,DCM）小鼠（DCM小鼠）进行探索性治疗,尝试发现治疗扩张型心肌病的一种新方式,为CRISPR/Cas13b系统在体内应用提供实验基础。随机设计11种Cas13b-TNNT2 gRNA并成功构建表达质粒,把它和人源TNNT2过表达质粒共同转染到293T细胞中,通过实时定量PCR（quantitative real-time PCR,Q-PCR）检测人源TNNT2 mRNA的表达水平。结果显示,gRNA 2引导Cas13b敲低目标基因的效率最高,达到80%（P<0.0001）。把gRNA2表达质粒包装到慢病毒载体中转导出生后1天的DCM小鼠原代心肌细胞,Q-PCR检测结果表明CRISPR/Cas13b系统对人源TNNT2 mRNA的敲低效率达到55%（P<0.01）。把PspCas13b和gRNA2的表达载体分别包装到AAV9病毒载体中,然后将200 μL 约1×1012 AAV9病毒颗粒通过尾静脉注射到4月龄DCM小鼠体内,待注射小鼠发育至5月龄时,Q-PCR检测结果显示,AAV9+DCM组TNNT2R141W表达水平较未注射组对照明显下降至40%（P<0.01）。对5月龄野生型（WT）、DCM（未注射病毒组）和AAV9+DCM（基因组编辑工具注射组）三组小鼠的心脏形态、心功能、心肌纤维化和心力衰竭等表型的观察结合显示：DCM小鼠的心脏形态异常,而AAV9+DCM小鼠心脏形态趋于正常;对三组小鼠的心脏进行超声心动图并对心功能指标进行统计发现,DCM组较WT组小鼠的左心室射血分数（left ventricular percent ejection fraction,LV EF%）、左心室短轴缩短率（left ventricular percent fractional shortening,LV FS%）分别下降了50.4%（P<0.0001）,55.1%（P<0.0001）,而AAV9+DCM组较DCM组小鼠的LV EF%、LV FS%分别上升了66.5%（P<0.01）,77.0%（P<0.01）;通过Q-PCR和天狼星红染色检测三组小鼠的心脏纤维化程度,结果显示DCM组较WT组小鼠的Col3a1和Postn两种纤维化基因,分别高表达5.2倍（P<0.001）、4.5倍（P<0.01）,而AAV9+DCM组较DCM组小鼠两种基因表达分别下降了2.0倍（P<0.05）、1.4倍（NS）,天狼星红染色结果显示纤维化区域明显下降;通过Q-PCR和蛋白质免疫印迹分别检测三组小鼠的心脏心力衰竭基因Nppb mRNA和Nppa蛋白质的表达水平,结果表明DCM组较WT组小鼠Nppb mRNA表达上升14.2倍（P<0.01）,而AAV9+DCM组较DCM组小鼠Nppb mRNA表达明显下降下降2.8倍（P<0.05）,Nppa蛋白质表达趋势与Nppb相同。把gRNA 5和含有R141W突变（gRNA 5T）和正常的TNNT2 mRNA（gRNA 5V）序列分别组合转染到293T细胞中,通过Q-PCR检测两种序列mRNA的表达水平。结果显示,gRNA 5T序列表达效率为30%（P<0.0001）,而并未检测到gRNA 5V mRNA的敲低。本研究通过设计靶向TNNT2R141W mRNA的gRNA,特异性敲低TNNT2R141W转基因小鼠体内突变的mRNA,有效改善了转基因小鼠的心功能,为临床进一步探索扩张型心肌病的治疗奠定了实验室基础。     

CRISPR/Cas9与心血管疾病

CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)/Cas9(CRISPR-associated proteins)作为一种新型基因组编辑技术,为解释疾病的发生机制和治疗疾病提供了新方法。来自Ⅱ型原核CRISPR系统的CRISPR/Cas9能够通过单链向导RNA(single guide RNA, sgRNA)将Cas9核酸酶靶定到特定的基因组序列发挥作用。已经被成功用来进行基因编辑构建疾病模型,以进行相关领域的功能研究和疾病的治疗。CRISPR/Cas9技术正在迅速的应用于生物医学研究的各个领域,包括心血管领域,它促进了人们对电生理、心肌病、心律失常以及其他心血管疾病的更多了解,已经创建了靶向很多基因的细胞和动物模型,为新一类疗法打开了大门。本综述介绍了CRISPR/Cas9的作用原理、优点和局限性,以及在心血管疾病中的应用进展。