科学家发现一种涉及细胞回收的罕见神经系统疾病

美国国立卫生研究院的研究人员发现了一种新的神经系统疾病，其特征是运动协调和言语问题。他们在npj基因组医学中报告了他们的发现。

来自NIH国家人类基因组研究所(NHGRI)和未诊断疾病计划(UDP)的科学家确定了三名患有这种疾病的儿童，两个兄弟姐妹和一个无关的孩子。三个孩子都有运动协调和言语问题，一个孩子有小脑异常，小脑是大脑中参与复杂运动的部分。此外，这些孩子在ATG4D基因的两个拷贝中都有突变。

ATG4D有助于称为自噬的细胞内务管理过程，细胞用它来分解和回收受损的蛋白质和细胞的其他缺陷片段以保持健康。自噬是全身细胞使用的基本过程，但神经元特别依赖于自噬来生存。然而，人们对ATG4D如何促进健康的神经元知之甚少。

ATG4D对大脑健康影响的第一个证据来自2015年的一项研究，其中研究人员在Lagotto Romagnolo犬中发现了一种遗传性神经系统疾病，Lagotto Romagnolo犬是一种意大利品种，以其蓬松的外套和松露狩猎能力而闻名。受影响的狗行为异常，小脑萎缩，运动协调和眼球运动问题以及ATG4D突变。

虽然这项2015年的研究激发了人们对ATG4D在大脑中的作用的研究兴趣，但科学家们尚未将ATG4D与人类的任何神经系统疾病联系起来。

“在遗传疾病中，我们已经解决了许多唾手可得的果实，”NHGRI工作人员科学家兼该研究的资深作者May Christine Malicdan博士说。“现在，我们正在寻求更高的水果 - 像ATG4D这样更难分析的基因 - 我们拥有基因组和细胞工具来做到这一点。

计算分析预测，这三个孩子的ATG4D突变会产生功能失调的蛋白质。然而，人类基因组中的其他三个基因的作用与ATG4D非常相似，在某些细胞中，这些其他基因可以补偿ATG4D的损失。

虽然体内的所有细胞共享相同的基因组，但有些基因对某些细胞更重要。当研究人员研究儿童皮肤细胞中的ATG4D突变时，这些变异不会影响细胞的回收过程，但在大脑中可能并非如此。

“大脑是如此复杂，神经元具有非常特殊的功能。为了适应这些功能，不同的神经元使用不同的基因，因此冗余基因的变化会对大脑产生重大影响，“Malicdan说。

为了模拟更依赖ATG4D的细胞，研究人员删除了实验室中生长的细胞中的类似基因，然后插入了儿童的ATG4D突变。研究人员确定具有儿童ATG4D突变的细胞无法执行自噬的必要步骤，这表明儿童的症状可能是由细胞回收不足引起的。

尽管如此，关于ATG4D的许多信息仍然未知。“我们对许多重要的细胞过程(如自噬)只有鸟瞰图，”Malicdan说。涉及一个基因变化的罕见疾病可以帮助梳理该基因如何在广泛重要的细胞过程中起作用。

自噬的其他成分与常见的神经系统疾病有关，如阿尔茨海默病。对这种罕见神经系统疾病的了解可能会导致关于ATG4D参与更常见疾病的新研究途径。

“这是罕见病研究中价值数百万美元的问题，”Malicdan说。“罕见疾病可以帮助我们了解生物途径，因此我们可以更好地了解这些途径如何导致其他罕见和常见疾病。

NIH的研究人员和临床医生继续在这项研究中与儿童合作，研究人员的目标是识别更多的患者。治疗还有很多步骤，但通过更多地了解ATG4D和自噬，研究人员可能能够为这种情况和其他涉及自噬途径的疾病开发新的治疗方法。