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缩短的端粒与Duchenne肌营养不良症的功能障碍有关

宾夕法尼亚大学佩雷​​尔曼医学院的研究人员发现肌营养不良症的发现,为治疗提供了新的可能性。在一项在线发表在干细胞报告上的研究中,研究人员发现,由于端粒缩短,肌营养不良症患者肌肉中的干细胞可能在早期失去再生新肌肉的能力。

端粒是染色体末端的尾状DNA链,可在细胞分裂过程中保护染色体。在许多细胞类型中,端粒也用作生物倒计时钟,随着每个细胞分裂缩短,直到它们减少的长度触发细胞死亡或称为衰老的非活性非分裂状态。该研究小组发现,患有Duchenne肌营养不良症(DMD)的少年男性以及具有相同遗传疾病的幼鼠中肌肉干细胞特异性端粒异常短缺。缩短的端粒的发现可以帮助解释为什么先前的研究发现肌营养不良患者的肌肉干细胞功能缺陷。

该研究的资深作者,骨科手术和细胞与发育生物学助理教授Foteini Mourkioti博士表示:“我们发现在患有DMD的男孩中,端粒很短,肌肉干细胞可能已耗尽。”宾夕法尼亚大学再生医学研究所肌肉骨骼再生项目主任。“由于DMD,他们的肌肉干细胞不断自我修复,这意味着端粒越来越短,生命更早。预防端粒丢失和保持肌肉干细胞活力的未来疗法可能能够减缓疾病的进展并促进患者的肌肉再生。“

肌肉往往在肌肉营养不良症中退化,因为导致这些疾病的基因突变使肌纤维异常脆弱,因此即使是普通的身体活动也会使它们受损。原则上,肌肉干细胞可以再生这种失去的肌肉,从而减缓甚至停止疾病过程。但是包括Mourkioti在内的一些科学家已经怀疑,在肌肉营养不良中,持续的肌肉损伤和修复 - 需要肌肉干细胞接近恒定的细胞分裂 - 很快就会削弱肌肉干细胞的再生能力,缩短其端粒和诱导早逝或衰老。

“尝试识别DMD肌肉干细胞中发生的情况的问题是我们缺乏足够的工具来测量这些干细胞中的端粒长度,”Mourkioti说。

为了在DMD患者中发现它们,Mourkioti及其同事开发了一种新的干细胞端粒测量方法,该方法基于现有技术,称为荧光原位杂交(FISH)。端粒由一个短的DNA构建块序列(TTAGGG)反复重复组成,新的基于FISH的方法(MuQ-FISH)使用荧光探针设计专门针对该序列。更长的端粒积累更多探针并且更明亮地发出荧光。该技术可与显微镜和电子成像设备一起使用,以测量单个干细胞内端粒的长度。

Mourkioti和她的团队最初使用他们的新技术来证明肌肉干细胞的端粒在健康实验室小鼠中的长度大致相同,无论老鼠是老还是老。相比之下,科学家们发现,在患有严重DMD样疾病的年轻小鼠以及几名患有DMD的青少年患者中,肌肉干细胞平均异常缩短了端粒。DMD患者中的其他非干细胞肌细胞具有正常的端粒长度。

研究结果表明,肌肉干细胞中特异性的端粒缩短是肌营养不良症患者进行性肌肉减弱和消瘦的一个因素。反过来,这表明,如果在肌肉干细胞失去肌肉再生能力之前进行基因治疗和其他治疗肌营养不良症的治疗可能更有益。研究结果还表明,未来阻断肌肉干细胞端粒缩短的治疗方法可能能够减缓甚至阻止这种疾病。Mourkioti及其同事现在计划采用他们的新方法帮助他们找到这样的治疗方法,着眼于早期干预,这些干细胞仍然能够制造新的肌肉。

“我们现在正在寻找影响肌肉干细胞端粒长度的信号通路,因此原则上我们可以开发药物来阻断这些通路并保持端粒长度,”Mourkioti说。“目前对缩短或维持端粒的因素知之甚少。”

大约有30种不同的肌营养不良症,都是由损害肌肉细胞完整性的基因突变引起的。最常见的DMD是由X染色体上的基因突变引起的,并且影响了在美国出生的每一千五百名男孩中的一个。较温和的肌营养不良症通常导致终身残疾。更严重的疾病,如DMD,最终会破坏呼吸所需的肌肉,并将预期寿命降低到20多岁。目前,没有特定的治疗可以阻止这些疾病的进展。

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