小狗因意外突变免于患上肌肉萎缩症

狗狗研究为该疾病的新疗法提供潜在途径

林戈是一只 2003 年出生于巴西犬舍的金毛寻回犬,它原本不被期望能活很久。研究人员培育它和它的同窝幼犬,使其遗传一种导致严重肌肉萎缩症的基因突变。他们希望这些幼犬能为杜氏肌营养不良症 (DMD) 提供深入研究,这是一种由相同基因失活引起的无法治愈且最终致命的人类疾病。

但是林戈的肌肉并没有像它的同窝幼犬那样萎缩,研究人员现在已经确定了原因:根据发表在《细胞》杂志上的一篇论文,它出生时就带有另一种突变,这种突变似乎保护了它免受该疾病的侵害。科学家希望通过研究林戈的突变(这种突变以前从未与肌肉萎缩症联系起来),他们可以找到该疾病的新疗法。

高达 1/3,500 的男孩会遗传产生一种称为肌萎缩蛋白的蛋白质的缺陷版本的突变,从而导致 DMD。(该疾病出现在男孩身上是因为肌萎缩蛋白基因位于 X 染色体上,因此女孩必须遗传两个突变基因副本才能患上 DMD。)该蛋白质有助于将肌肉纤维固定在一起,而它的缺失会破坏重建肌肉组织的再生周期。最终,脂肪和结缔组织会取代肌肉,而患有 DMD 的人通常在青少年之前就必须依赖轮椅。很少有人能活过三十岁。


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特殊案例
一些金毛寻回犬雌性携带会导致类似疾病的肌萎缩蛋白突变,当传递给雄性幼犬时。犬类饲养者可以通过基因筛查来预防这种情况。但是,巴西圣保罗大学的遗传学家 Mayana Zatz 和她的同事着手培育带有这种突变的幼犬,以模拟人类疾病。

DNA 测试证实林戈遗传了肌萎缩蛋白突变,但他没有表现出任何严重症状。林戈的案例让 Zatz 和她的团队感到困惑,因此她决定在她的实验室犬舍中密切关注他的生活。“我们在这里对待狗就像对待孩子一样,”Zatz 说。“它们被照顾得很好,它们有奔跑的地方,有阳光,而且在天气炎热时有空调。”

林戈被证明是个惹麻烦的人。“当人们不关门时,它就会跑出去交配,”Zatz 说。总的来说,林戈与四只不同的雌性幼犬产下了 49 只幼犬——“自然交配”,她和同事在一篇论文中指出。它的一只幼犬,苏弗莱尔,也从未患上完全的肌肉萎缩症,尽管它遗传了有缺陷的肌萎缩蛋白基因。

“这是两只非常不寻常的狗,父子俩,所以我们决定绘制出哪些基因可能是修饰基因,”马萨诸塞州波士顿儿童医院的遗传学家路易斯·昆克尔说,他在 20 世纪 80 年代首次确定了导致 DMD 的基因和蛋白质。当 Zatz 实验室的一名前研究生 Natassia Viera 在他的实验室做博士后时,Kunkel 开始接触林戈和苏弗莱尔。

拯救基因
该团队将林戈和苏弗莱尔的基因组与患有肌肉萎缩症的其他金毛寻回犬的基因组进行了比较,发现了一个发育基因Jagged1的突变,该突变将这对父子与同一群中的 31 只严重受影响的狗区分开来。与受影响的狗相比,林戈和他的儿子的肌肉中含有更高水平的 Jagged1 蛋白。当研究人员在缺乏肌萎缩蛋白的斑马鱼中模拟这种特征时,它也保护了鱼免受肌肉撕裂和肌肉萎缩症的其他症状的影响。

昆克尔说,该团队尚不清楚更高水平的 Jagged1 如何保护狗免受肌肉萎缩症的侵害。该蛋白质是通路中的一个参与者,在生物学的许多方面都发挥作用,包括肌肉发育和再生。昆克尔说,也许林戈和苏弗莱尔的Jagged1突变补偿了由缺乏肌萎缩蛋白引起的肌肉再生问题。他们现在正在寻找可以在小鼠和斑马鱼中产生更高水平 Jagged1 的药物。但是昆克尔警告说,用药物来模拟狗的确切生物学特征将是困难的。

伊利诺伊州芝加哥西北大学范伯格医学院的遗传学家伊丽莎白·麦克纳利认为,可以抵消肌肉萎缩症的突变可能会为新的疗法提供思路,不仅针对 DMD,还包括其他导致肌肉萎缩的原因,包括老年。“我喜欢它来自狗模型,”她说。

林戈去年去世,享年 11 岁,属于金毛寻回犬的正常寿命。将近 10 岁的苏弗莱尔现在也开始显老了。“苏弗莱尔可以走路,但它不能再跳了,”Zatz 说。“但它是一只老狗了。”

本文经许可转载,并于 2015 年 11 月 12 日首次发布于此链接

Ewen Callaway is a senior reporter at Nature.

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