更新于：2024-11-01

NMNAT1

更新于：2024-11-01

基本信息

别名

LCA9、NaMN adenylyltransferase 1、nicotinamide nucleotide adenylyltransferase 1

+ [8]

简介

Catalyzes the formation of NAD(+) from nicotinamide mononucleotide (NMN) and ATP (PubMed:17402747). Can also use the deamidated form; nicotinic acid mononucleotide (NaMN) as substrate with the same efficiency (PubMed:17402747). Can use triazofurin monophosphate (TrMP) as substrate (PubMed:17402747). Also catalyzes the reverse reaction, i.e. the pyrophosphorolytic cleavage of NAD(+) (PubMed:17402747). For the pyrophosphorolytic activity, prefers NAD(+) and NaAD as substrates and degrades NADH, nicotinic acid adenine dinucleotide phosphate (NHD) and nicotinamide guanine dinucleotide (NGD) less effectively (PubMed:17402747). Involved in the synthesis of ATP in the nucleus, together with PARP1, PARG and NUDT5 (PubMed:27257257). Nuclear ATP generation is required for extensive chromatin remodeling events that are energy-consuming (PubMed:27257257). Also acts as a cofactor for glutamate and aspartate ADP-ribosylation by directing PARP1 catalytic activity to glutamate and aspartate residues on histones (By similarity). Fails to cleave phosphorylated dinucleotides NADP(+), NADPH and NaADP(+) (PubMed:17402747). Protects against axonal degeneration following mechanical or toxic insults (By similarity).

关联

项与 NMNAT1 相关的药物

OPGx-003

靶点

NMNAT1

作用机制

NMNAT1调节剂 [+1]

在研机构

Opus Genetics, Inc. /OLD/

原研机构

The Schepens Eye Research Institute, Inc.

在研适应症

莱伯先天性黑蒙

非在研适应症-

最高研发阶段临床前

首次获批国家/地区-

首次获批日期1800-01-20

100 项与 NMNAT1 相关的临床结果

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100 项与 NMNAT1 相关的转化医学

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0 项与 NMNAT1 相关的专利（医药）

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335

项与 NMNAT1 相关的文献（医药）

2024-12-31·Systems Biology in Reproductive Medicine

Identification of potential differences in salivary proteomic profiles between estrus and diestrus stage of estrous cycle in dairy cows

Article

作者: Manimaran, Ayyasamy ; Sinha, Manish Kumar ; Patil, Shivanagouda ; Nag, Pradeep ; Ramesha, Kerekoppa ; Kumaresan, Arumugam ; Jeyakumar, Sakthivel ; Shaji, Arsha ; Gowdar Veerappa, Vedamurthy

In the present study, a comparative global high-throughput proteomic analysis strategy was used to identify proteomic differences between estrus and diestrus stage of estrous cycle in dairy cows. Saliva was collected from cows during estrus and diestrus, and subjected to LC-MS/MS-based proteomic analysis. A total of 2842 proteins were detected in the saliva of cows, out of which, 2437 and 1428 non-redundant proteins were identified in estrous and diestrous saliva, respectively. Further, it was found that 1414 and 405 salivary proteins were specific to estrus and diestrus, respectively while 1023 proteins were common to both groups. Among the significantly dysregulated proteins, the expression of 56 proteins was down-regulated (abundance ratio <0.5) while 40 proteins were up-regulated (abundance ratio > 2) in estrous compared to diestrous saliva. The proteins, such as HSD17B12, INHBA, HSP70, ENO1, SRD5A1, MOS, AMH, ECE2, PDGFA, OPRK1, SYN1, CCNC, PLIN5, CETN1, AKR1C4, NMNAT1, CYP2E1, and CYP19A1 were detected only in the saliva samples derived from estrous cows. Considerable number of proteins detected in the saliva of estrous cows were found to be involved in metabolic pathway, PI3K-Akt signaling pathway, toll-like receptor signaling pathway, steroid biosynthesis pathway, insulin signaling pathway, calcium signaling pathway, estrogen signaling pathway, oxytocin signaling pathway, TGF-β signaling pathway and oocyte meiosis. On the other hand, proteins detected in saliva of diestrous cows were involved mainly in metabolic pathway. Collectively, these data provide preliminary evidence of a potential difference in salivary proteins at different stages of estrous cycle in dairy cows.

2024-10-24·Investigative Ophthalmology & Visual Science

NMNAT1 Is Essential for Human iPS Cell Differentiation to the Retinal Lineage

Article

作者: Suzuki, Yutaka ; Murakami, Akira ; Kawamura, Takeshi ; Kuribayashi, Hiroshi ; Iwagawa, Toshiro ; Watanabe, Sumiko

PurposeThe gene encoding nicotinamide mononucleotide adenylyltransferase 1 (NMNAT1), a nicotinamide adenine dinucleotide synthetase localized in the cell nucleus, is a causative factor in Leber's congenital amaurosis, which is the earliest onset type of inherited retinal degeneration. We sought to investigate the roles of NMNAT1 in early retinal development.MethodsWe used human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) and established NMNAT1-knockout (KO) hiPSCs using CRISPR/cas9 technology to reveal the roles of NMNAT1 in human retinal development.ResultsNMNAT1 was not essential for the survival and proliferation of immature hiPSCs; therefore, we subjected NMNAT1-KO hiPSCs to retinal organoid (RO) differentiation culture. The expression levels of immature hiPSC-specific genes decreased in a similar manner after organoid culture initiation up to 2 weeks in the control and NMNAT1-KO. Neuroectoderm-specific genes were induced in the control and NMNAT1-KO organoids within a few days after starting the organoid culture; PAX6 and TUBB3 were higher in NMNAT1-KO organoids up to 7 days than in the control organoids. However, the induction of genes involving retinal early development, such as RAX, which was induced at around day 10 in this culture, was considerably reduced in NMNAT1-KO organoids. Morphological examination also showed failure of retinal primordial structure formation, which became visible at around 2 weeks of the control culture, in the NMNAT1-KO organoids. Decreased intracellular NAD levels and poly(ADP-ribosyl)ation were observed in NMNAT1-KO organoids at 7 to 10 days of the culture. Mass spectrometry analysis of inhibited proteins in the poly(ADP-ribosyl)ation pathway identified poly(ADP-ribosyl)ation of poly(ADP-ribose) polymerase 1 (PARP1) as a major protein.ConclusionsThese results indicate that NMNAT1 was dispensable for neural lineage differentiation but essential for the commitment of retinal fate differentiation in hiPSCs. The NMNAT1-NAD-PARP1 axis may play a critical role in the appropriate development of human retinal lineage differentiation.

2024-10-01·Clinical Case Reports

Identification and characterization of NMNAT1 gene mutations in an Iranian patient with Leber congenital amaurosis 9

Article

作者: Jorfi, Kamele ; Mohammadi‐Asl, Javad ; Roghani, Mojdeh ; Al‐Badran, Adnan Issa ; Sheikh‐Hosseini, Motahareh ; Mohammadi‐Asl, Misagh ; Neissi, Mostafa

Key Clinical MessageThe discovery of compound heterozygous NMNAT1 mutations (c.245T>C; p.Val82Ala and c.575A>G; p.Asp192Gly) provides a genetic explanation for Leber congenital amaurosis 9 in an Iranian patient. The proband's symptoms—including severe visual impairment, nystagmus, night blindness, and retinal degeneration—align with Leber congenital amaurosis 9 clinical features. This case underscores the value of exome‐sequencing in diagnosing rare genetic disorders and highlights its role in guiding personalized genetic counseling and potential treatments.AbstractLeber congenital amaurosis is a severe early‐onset inherited retinal dystrophy. This study delves into the genetic basis of Leber congenital amaurosis, pinpointing compound heterozygous mutations in the NMNAT1 gene as significant causative factors. While one mutation validates previous findings (c.245T>C; p.Val82Ala), the second (c.575A>G; p.Asp192Gly) proves novel, expanding the genetic landscape of Leber congenital amaurosis 9. Both mutations, inherited independently from nonconsanguineous parents, contribute to the intricate genetic basis of light on Leber congenital amaurosis 9 in this case. The identified mutations shed light on Leber congenital amaurosis genetics in the Iranian population, showcasing the efficacy of exome‐sequencing for molecular diagnoses in hereditary retinal degeneration. These findings provide valuable insights for tailored genetic counseling and potential therapeutic interventions.

项与 NMNAT1 相关的新闻（医药）

2024-10-20

·生物探索

Nature︱创新蛋白运输耦合技术：为癌症与神经退行性疾病提供新治疗策略

引言蛋白质的亚细胞定位对蛋白质的功能至关重要，因为它们在不同的细胞区域执行特定的生物学功能。例如，某些蛋白质在细胞核内调控基因表达，而另一些则在细胞质中参与信号传导或物质代谢。这种精确的亚细胞定位是通过复杂的蛋白质转运机制实现的，包括核输入和输出、以及细胞器间的蛋白质运输。蛋白质的异常运输和定位往往与多种疾病的发生发展有关，包括癌症、神经退行性疾病和遗传性疾病等【1,2】。尽管针对性地调控蛋白质的亚细胞定位为治疗这些疾病提供了新的思路，但如何在不干扰细胞其他正常活动的前提下，高效、特异性地控制蛋白质的精确位置，以及如何将这种调控转化为疾病治疗的有效手段，都是该领域所面临的重大科学问题。通过将目标蛋白与细胞内的穿梭蛋白或锚蛋白耦合来调节其位置，为可编程分子控制提供了另一种途径。为了推进定位控制的理念，以解决导致疾病的蛋白质问题，需要了解使定位被劫持的细胞特征，以及扩展可行的目标蛋白、分子和调控机制的原理。而对定位重编程能力的定量分析也将极大地促进小分子介导的蛋白质重新定位向治疗疾病的应用的扩展。近日，来自美国斯坦福大学的Steven M. Banik团队在Nature上发表题为Targeted protein relocalization via protein transport coupling的文章，利用一种创新的化学生物学工具——靶向重定位激活分子（TRAM），通过结合穿梭蛋白的转运来控制目标蛋白的亚细胞定位。筛选了一系列具有强效配体的穿梭蛋白，并将其成功用于多种内源蛋白的重新定位。开发了一个定制的成像分析流程，展示了通过分子偶联到含有足够强定位序列的穿梭蛋白，可以调节蛋白质的稳态定位。由此提出了一种通过蛋白质转运重构细胞互作网络的靶向治疗方法，为治疗疾病提供了新的思路。核定位序列（NLS）和核输出序列（NES）可被karyopherin蛋白家族识别，以调节货物在细胞核和细胞质之间的双向运输。要通过蛋白质运输耦合的方式来克服蛋白质的固有定位，将需要满足2点：（1）在穿梭蛋白上有一个足够强的相反定位序列；（2）穿梭蛋白的必要化学计量比。为此，本文研究人员首先选择了烟酰胺核苷酸腺苷基转移酶1（NMNAT1）作为模型蛋白进行重新定位研究，因为NMNAT1只有一个预测的NLS且没有已知的直接DNA结合域，所以可能容易受到小分子介导的重新定位的影响。为了研究缺乏已知小分子结合位点的蛋白质，研究人员合成了双功能分子TRAM 1，其能够与大肠杆菌二氢叶酸还原酶结构域（EcDHFR）和FKBP12F36V结构域结合，这些结构域因其与大多数哺乳动物蛋白的紧密的结合亲和力和正交性而被广泛使用。然后生成了mCherry融合EcDHFR和来自HIV-1 REV蛋白的NES作为穿梭蛋白，并在HeLa细胞中稳定地整合了mCherry-EcDHFR-NES和FKBP12F36V-GFP-NMNAT1。实验证实在TRAM 1的介导下形成了复合物，而且NMNAT1表现出剂量依赖性地向细胞质的转移，且这种效应在更高浓度下被废除（图1）。图1:a.通过TRAM的蛋白质转运偶联实现亚细胞核质靶向定位控制示意图。b. TRAM 1的结构。c.用于产生稳定细胞系以研究NMNAT1定位控制的病毒构建体。d. TRAM 1介导形成复合物。e.由TRAM 1驱动的NMNAT1重定位（Credit: Nature）当同时研究两种蛋白质时，核质转运的量化传统上通过一组代表性图像的共定位度量来完成。而一个开源的计算成像分析流程，能够独立地在细胞核和细胞质中对两种不同蛋白质进行单细胞级别的分析，将是衡量蛋白质运输和比较不同目标蛋白与穿梭蛋白的最准确方法。为此，研究人员建立了这样一个定制的计算成像分析流程，展示了蛋白质稳态定位可以通过分子偶联到含有足够强定位序列并在必要丰度中表达的穿梭蛋白来调节。这种方法适用于不同的细胞类型和密度，将定量分析用于检测剂量、穿梭蛋白和化学计量依赖的再定位，实验结果再次证实NES可以通过小分子介导的偶联主动驱动的NMNAT1再分布。与此同时，研究人员发现，必须存在足够水平的锚或穿梭蛋白才能加强TRAM诱导的靶蛋白的再定位。原则上，只要提供合适的定位强度、表达水平和有效的分子偶联，任何蛋白质的运输都可以重新定位另一个蛋白质。核激素受体如雌激素受体 (ERα) 和糖皮质激素受体 (GR) 表现出从细胞质到细胞核的配体依赖性易位，从而发挥下游转录激活作用。研究人员合成了TRAM 4-7，通过实验证实了这些受体作为核穿梭蛋白的潜力。为了有效地重新定位靶蛋白，TRAM必须与能够克服靶蛋白内在定位的穿梭蛋白充分结合，蛋白质相对再定位能力的量化将有助于合理选择穿梭-靶组合。为了开发一个定量方法来评估通过TRAM介导的蛋白质重新定位的潜力，研究人员建立了含有一系列遗传构建的多克隆细胞系，这些构建将核激素受体（GR和ERα）与已知的NES序列配对，以及将HIV-1 REV NES与不同的NLS序列配对。随后，研究人员使用不同浓度的相关TRAM处理这些细胞系，然后评估NES标记的蛋白以及核激素受体的重新定位情况。研究结果表明，目标蛋白的重新定位程度依赖于穿梭蛋白（ERα或GR）的特性和目标蛋白的NES序列。此外，研究人员还观察到，不同的NLS构建对HIV-1 REV NES的重新定位能力呈现出梯度变化。通过这些数据，研究人员能够区分不同穿梭蛋白和目标蛋白之间的相对可重新定位性，并为蛋白质对的选择提供了一个定量的评估标准，这对于实现程序化的蛋白质重新定位至关重要。错位的转录调控蛋白和RNA结合蛋白是多种癌症和神经退行性疾病的特征，将这些蛋白质返回细胞核的靶向方法可能有助于改善疾病驱动表型。本文研究人员利用上述方法，使用核激素受体作为穿梭蛋白，检测了三种已知在疾病中表现出异常定位的突变蛋白——SMARCB1Q318X（一种SMARCB1蛋白的突变型C末端截短，存在于非典型畸胎样和横纹肌样肿瘤，定位与细胞质）、TDP43ΔNLS（缺失了核定位信号的TDP43突变形式，导致它不能正确地定位到细胞核，而是异常地积累在细胞质中，形成病理性的聚集体）和FUSR495X（与ALS相关的FUS蛋白的一种突变形式，通常在细胞质中形成应激颗粒，与疾病的发生发展密切相关）——的重新定位能力。研究结果显示，不同的突变蛋白根据其固有特性，对ERα介导的重新定位的敏感性不同。TDP43ΔNLS和FUSR495X比SMARCB1Q318X更容易被ERα重新定位。此外，研究还发现，FUSR495X在应激颗粒中的定位可以通过TRAM的处理而转移到细胞核，并且这种重新定位与应激颗粒数量的减少相关。这些发现表明，通过靶向蛋白质重新定位的方法，有可能改善疾病相关的蛋白错位现象。与此同时，研究人员探索了利用TRAM实现内源性蛋白质重新定位的能力。他们采用了CRISPR-Cas9基因编辑技术，将结合域和荧光蛋白标签插入到内源性蛋白PRMT9、SOS1和FKBP12上，使用METAP2和PARP1作为内源性细胞质和核的穿梭蛋白，并合成了能够与它们结合的TRAM 11-13。实验结果证明即使在内源性蛋白表达水平下，通过TRAM介导的内源性蛋白重新定位也是可行的，并且整个细胞群体均显示出均匀的重定位效果，这与外源性表达模型通常只在细胞群体的子集中观察到重定位的现象不同。这表明在内源系统中，可以在整个群体中达到穿梭蛋白与靶蛋白的最低相对比例要求。最后，研究人员使用TRAM 1处理转导了携带mNMNAT1和EcDHFR标签的腺相关病毒（AAV）的大鼠胚胎的背根神经节（DRG）神经元，发现TRAM 1可以促进NMNAT1从细胞核向轴突的重新定位，NMNAT1在轴突中的表达得到了维持，即使在轴突损伤后也能观察到轴突的健康状况和轴突末端的保护，这表明通过TRAM介导的NMNAT1重新定位确实能够在体外模型中减缓轴突退化的过程。综上所述，本研究开发了一种定量的单细胞分析方法来检查通过TRAM介导的目标蛋白与穿梭蛋白的耦合潜力，展示了两种蛋白质伙伴的相对表达水平是推动目标蛋白重新定位能力的主要参数，证明通过与内源性穿梭蛋白的耦合可以改变内源性目标蛋白的定位。由此提供了一种新的策略来调控蛋白质的亚细胞定位，为治疗蛋白质定位异常相关疾病提供了新的可能性。通过精确控制蛋白质的定位，不仅可以纠正因蛋白质错位导致的疾病表型，还可以通过蛋白质重新定位赋予有益的功能，更细致地调节细胞功能，从而扩大治疗选择的范围，为开发新的治疗方法提供了理论基础和实验策略。参考文献 1. Kau, T. R., Way, J. C. & Silver, P. A. Nuclear transport and cancer: from mechanism to intervention. Nat. Rev. Cancer 4, 106–117 (2004). 2. Hung, M.-C. & Link, W. Protein localization in disease and therapy. J. Cell Sci. 124, 3381–3392 (2011). https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1038/s41586-024-07950-8 责编|探索君排版|探索君文章来源|“BioArt” End 往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

细胞疗法

2024-10-05

·医药魔方Pro

Nature突破：新技术TRAM来了，或变革药物研发

细胞内的生物调节网络将不同的蛋白质引导到适当的细胞区室。蛋白质定位失调是包括癌症、神经系统疾病在内的多种疾病的基础。 9月18日，来自斯坦福大学的一个科学家团队在Nature杂志报道了一种被称为TRAM的小分子，这种新技术能够通过促进与“穿梭”蛋白的相互作用来重新定位错位的蛋白质。传统的小分子药物通过与靶蛋白相互作用以改变其活性。然而，许多与治疗相关的蛋白质的活性无法用与其简单结合的小分子来调节。过去几年，许多研究人员专注于研究能够让这类靶蛋白与另一种生物分子“靠近”的小分子药物。先前报道的PROTAC、DUBTAC、RIPTAC技术均属于这类小分子。在这项新研究中，科学家们开发了一种被称为靶向重定位激活分子(targeted relocalization activating molecules, TRAMs)的化合物，它们能够改变靶蛋白的亚细胞定位。TRAM是双功能分子，其中一个配体与靶蛋白相互作用，另一个与穿梭蛋白相互作用。双功能分子促进蛋白质的再定位。Christine S. C. Ng等科学家开发了一种小分子，一端结合一种叫做FKBP12F36V的蛋白，另一端与细胞质或细胞核中天然的或工程改造的穿梭蛋白结合。当FKBP12F36V与一种靶蛋白融合时，双功能小分子同时与穿梭蛋白和FKBP12F36V标记的靶蛋白结合。然后，穿梭蛋白带领靶蛋白在细胞区室移动。研究者们认为，这种方法适用于一系列穿梭蛋白和靶点，可用于重新定位细胞中错位的蛋白质。具体来说，Christine S. C. Ng及其同事的研究起点是一种双功能分子，该分子先前用于将两种蛋白质(ecDHFR和FKBP12F36V)靠近。为了将该分子用于开发靶向重定位激活分子(TRAM)，科学家们通过连接一段核输出序列(NES，一个短的氨基酸序列，可以使蛋白质从细胞核输出到细胞质中)将ecDHFR转化为穿梭蛋白，并添加荧光标记进行检测。TRAM的靶蛋白是NMNAT1，这是一种含有单个核定位序列(一种标记蛋白质输入细胞核的氨基酸序列)的蛋白质。研究人员将NMNAT1与FKBP12F36V融合，使产生的蛋白能够被TRAM识别，并附加不同的荧光标记进行检测。 a.TRAM调节重定位；b.结合EcDHFR和FKBP12F36V的双功能分子然后，研究人员使用双功能小分子将两种工程蛋白靠近，并监测由此产生的穿梭蛋白-靶蛋白复合物（shuttle–target complex）进出单个细胞细胞核的情况。他们用显微镜观察荧光标志物，以量化每种蛋白质在细胞核和细胞质中的含量。实验表明，携带单个NES的穿梭蛋白足以将靶蛋白从细胞核输出到细胞质。这表明可以通过使用双功能小分子和穿梭蛋白来克服靶蛋白的定位信号。由于ecDHFR是一种细菌蛋白，科学家们接下来研究了哺乳动物穿梭蛋白是否可以用于重新定位靶蛋白。他们选择研究两种哺乳动物核蛋白（激素受体）作为潜在的“穿梭体”，因为这两种蛋白的小分子配体已经被鉴定出来，且能够导致这些受体从细胞质进入细胞核。研究显示，当科学家们将这些小分子配体（与其中任一种激素受体结合）应用到TRAM中时，他们观察到以FKBP12F36V标记的各种靶蛋白可以不同程度地导入细胞核。有趣的是，蛋白质的定位可能是双向的——从细胞质到细胞核，或者相反——这取决于穿梭蛋白和靶蛋白的配对。输出和输入的数量也取决于细胞内穿梭蛋白和靶蛋白的相对水平。靶向重定位可以将突变蛋白移动到细胞核中接着，科学家们开始研究以突变FUS蛋白作为靶点的情况。FUS突变体与神经退行性疾病运动神经元病（ALS）密切相关，并且已知从细胞核错定位到细胞质。令人兴奋的是，研究者们发现，他们的TRAM在体外人类细胞中将带有FKBP12F36V标记的突变FUS从细胞质转移到了细胞核。这导致细胞中应激颗粒（ALS细胞质结构特征）数量减少，表明突变FUS重定位可能具有治疗作用。尽管研究结果表明核激素受体可以是有效的穿梭蛋白，但这些受体在非工程改造的细胞中低表达可能会阻碍它们的广泛应用。为了解决这个问题，Ng等人鉴定出了两种可以作为“穿梭体”的高表达蛋白：核输出蛋白METAP2、核输入蛋白PARP1。利用先前报道的METAP2和PARP1的小分子配体，研究人员开发了TRAM，结合这两种蛋白中的一种和FKBP12F36V。然后，他们利用基因编辑技术构建了表达靶蛋白-FKBP12F36V融合体的细胞，并证明，TRAM可与穿梭蛋白结合以改变被标记的靶蛋白的定位。 NMNAT1的靶向重新定位可以防止轴突损伤。最后，研究证明，TRAM可以在体外使用，将一种工程改造的神经保护蛋白从小鼠神经元的细胞核输出到神经元的轴突突起。这增加了蛋白质的保护特性，促进了损伤后轴突的恢复。总结来说，该研究鉴定出了一系列具有强效配体的穿梭蛋白（shuttle protein），这些配体被用于开发TRAM技术后能够重新定位内源性蛋白。这一突破有望为癌症、神经退行性疾病等疾病带来全新的治疗策略。挑战方面，未来的研究需要调查，能否找到位于细胞其他部位（如细胞膜、线粒体等细胞器）穿梭蛋白的配体。此外，也需要开发结合FKBP12F36V以外的靶蛋白配体，以证明TRAM能够重定位广泛的靶点。另一个问题是，TRAM比典型的小分子疗法更大，这意味着它们的物理和化学性质对于药理活性来说往往不是最佳的。不过，这可能不是一个“大问题”，因为类似的双功能分子正在临床中推进。参考资料： [1]https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41586-024-07950-8 [2]https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/d41586-024-02802-x#ref-CR5 [3]https://chemistry-stanford-edu.libproxy1.nus.edu.sg/news/bringing-lost-proteins-back-home Copyright © 2024 PHARMCUBE. All Rights Reserved. 欢迎转发分享及合理引用，引用时请在显要位置标明文章来源；如需转载，请给微信公众号后台留言或发送消息，并注明公众号名称及ID。免责申明：本微信文章中的信息仅供一般参考之用，不可直接作为决策内容，医药魔方不对任何主体因使用本文内容而导致的任何损失承担责任。

蛋白降解靶向嵌合体

2024-03-22

·药精通Bio

眼科基因治疗行业研究-AAV

嘉宾阵容以及授课话题已曝光，点击图片查询，合作热线：王晨 180 1628 8769文章来源：矩阵生命视界随着基因疗法的发展，AAV（adeno-associated virus）基因治疗已成为治疗眼科疾病的一种新方法。基于AAV的基因治疗具有较高的安全性和有效性，已被证明在一些眼科疾病的治疗中具有良好的疗效。AAV基因治疗是将一个健康的基因通过载体病毒转移到患者的细胞中，从而纠正存在的基因缺陷。AAV是一种不致病的病毒，与人体免疫系统相容性好，因此在临床应用中具有较高的安全性。在眼科领域，AAV基因治疗已被应用于多种疾病的治疗。其中，最广泛应用的是视网膜色素变性症。视网膜色素变性症是一种常见的眼科疾病，由于基因缺陷导致视网膜细胞逐渐死亡，从而导致失明。通过AAV基因治疗，可以将正常的基因导入患者的视网膜细胞中，从而促进视网膜细胞的生长和恢复，改善患者的视力。此外，AAV基因治疗还可以应用于其他眼科疾病的治疗，例如遗传性斑点玻璃体萎缩、角膜病变、青光眼等。这些疾病都与基因缺陷有关，通过AAV基因治疗可以纠正这些基因缺陷，从而治疗疾病。尽管AAV基因治疗在治疗眼科疾病方面具有潜在的优势，但仍需要克服一些挑战。例如，如何确保基因治疗的有效性和安全性，如何最大限度地提高载体病毒的转染率和扩散能力等。此外，如何规范化AAV基因治疗的临床应用也是一个重要问题。随着技术的不断发展，相信AAV基因治疗将成为眼科疾病治疗的一种重要手段。AAV基因疗法的研究历史腺相关病毒（AAV）基因疗法起源于20世纪80年代末期，当时科学家们发现了一种可用于基因递送的非致病性病毒-AAV。随后，研究人员对AAV进行了深入的研究，并发现AAV能够安全、高效地将基因递送至宿主细胞中，因此被广泛应用于基因治疗领域。1965年，AAV首次被发现：美国研究人员在研究腺病毒感染细胞的过程中，发现了一种新型的病毒，即腺相关病毒（AAV）。1984年，AAV基因组被测序：美国研究人员首次测序了AAV的基因组，从而为后续的基因治疗研究提供了重要的基础。P. Tratschin等人首次报道了AAV在哺乳动物体内稳定传递基因的能力，开创了AAV基因治疗的先河。此后，研究人员陆续发现了AAV的多种亚型和血清型，并进一步优化了AAV递送系统的设计和构建，从而使其在基因治疗中的应用变得更为广泛和有效。1990年代，AAV基因载体被开发：研究人员将AAV病毒改造为一种基因载体，用于传递外源基因到人体细胞中，成为AAV基因疗法的关键技术。1993年，菲利普斯等人首次报道了使用AAV递送功能性基因治疗人体的临床试验，标志着AAV基因治疗进入了人体实验阶段。此后，研究人员陆续开展了多项AAV基因治疗的临床试验，并取得了一些积极的治疗效果。2000年代，研究人员开始对AAV基因疗法进行临床试验，主要针对遗传性疾病、神经系统疾病和癌症等领域进行研究。2010年代，AAV基因疗法的研究逐渐成熟：随着技术的不断进步，AAV基因疗法的研究逐渐成熟，取得了一系列重要的研究进展，如提高载体产量、改进递送技术、优化基因治疗方案等。2010年，研究人员利用AAV基因疗法成功治疗了一名患有家族性脂蛋白血症的患者。这是AAV基因疗法在人类临床应用中的一个重要里程碑。2012年，研究人员利用AAV基因疗法成功治疗了一名患有血友病B的患者。这是AAV基因疗法在治疗血液系统疾病方面的一个重要突破。2013年，研究人员利用AAV基因疗法成功治疗了一名患有严重肌无力症的患者。这项研究证明了AAV基因疗法可以用于治疗肌肉和神经系统疾病。2015年，研究人员利用AAV基因疗法成功治疗了一名患有视网膜色素变性症的患者。这是AAV基因疗法在治疗眼科疾病方面的一个重要进展。2016年，研究人员利用AAV基因疗法成功治疗了一名患有囊性纤维化的患者。这项研究证明了AAV基因疗法可以用于治疗常见的遗传性疾病。2017年，研究人员利用AAV基因疗法成功治疗了一名患有克隆氏症的患者。这是AAV基因疗法在治疗免疫系统疾病方面的一个重要突破。2018年，研究人员利用AAV基因疗法成功治疗了一名患有亚急性脊髓联合变性的患者。这项研究证明了AAV基因疗法可以用于治疗。AAV血清型腺相关病毒（AAV）是一种单链DNA病毒，目前已知有超过十种血清型。其中，AAV1~AAV12和AAVrh10是最为常见的AAV血清型。AAV的血清分型是通过对AAV外壳蛋白（VP）的序列分析来进行的。不同的AAV血清型具有不同的递送效率和组织特异性，因此在选择适合的AAV载体用于基因疗法时，需要考虑目标组织的特异性和递送效率。以下是一些常见的AAV血清型及其特点：AAV1：AAV1是最早被发现和应用的AAV血清型之一。它具有较高的递送效率和广泛的组织特异性，被广泛应用于心血管和肌肉系统的基因治疗。此外，AAV1还可以递送到中枢神经系统，并被用于治疗脊髓小脑共济失调、帕金森病和阿尔茨海默病等神经系统疾病。AAV2：AAV2被广泛应用于肝脏、眼部和肺部等组织的基因治疗。AAV2是最早被应用于眼科基因治疗的AAV血清型，它能够稳定地递送基因到视网膜和葡萄膜等眼部组织中，并且具有较低的免疫原性。因此，AAV2被广泛应用于视网膜遗传性疾病的基因治疗，例如Leber遗传性视网膜病变（LCA）和视锥细胞萎缩症等。AAV3：对于神经系统具有较高的递送效率，是神经系统相关疾病的潜在治疗载体。AAV4：与AAV2相似，但其递送效率较低。AAV5：对于肺部和肝脏等组织具有较高的递送效率，可用于治疗呼吸道和肝脏相关疾病。AAV6：对于肌肉组织具有较高的递送效率。AAV7：AAV7在肌肉组织和肝脏中具有较高的递送效率，并且能够穿过血脑屏障递送到中枢神经系统。AAV8：对于肝脏和肌肉组织具有较高的递送效率，是目前广泛应用于肝脏相关基因疗法的载体。AAV9：对于全身性递送和神经系统组织具有较高的递送效率，是近年来研究较为活跃的AAV载体之一。AAV10：对于肝脏、心脏和肺部等组织具有较高的递送效率，可用于治疗相关疾病。AAV11：与AAV2相似，但其递送效率较低。AAV12：最近被发现的一种AAV血清型，对于肌肉和心脏组织具有较高的递送效率。AAVrh10: AAVrh10是一种与猕猴相关的AAV血清型，具有较高的递送效率和广泛的组织特异性，尤其在心脏和肺部中递送基因的效果较为显著。此外，AAVrh10还可以递送到中枢神经系统和肌肉等组织中。AAV2.7m8: AAV2.7m8是一种经过改造的AAV2血清型，具有更高的递送效率和更广泛的组织特异性。研究表明，AAV2.7m8可以在肝脏、心脏、肌肉、肺部和中枢神经系统等多种组织中高效地递送基因。AAV基因疗法的优势AAV基因疗法是一种新型基因治疗方法，它利用非致病性的腺相关病毒作为载体，将治疗所需的基因传递到人体细胞中，以修复或替换缺陷的基因。相比于其他基因疗法，基于AAV的基因疗法优势明显。AAV病毒的基因组相对较小，只有单链DNA，而且AAV病毒不会引起明显的病毒感染或肿瘤形成等副作用，因此具有较高的安全性。AAV基因疗法能够在不影响细胞正常功能的情况下，表达外源基因，使得基因修复或替换的效果更加稳定和长久。AAV病毒在人体内的靶向性强，能够精确地传递基因到治疗所需的细胞或组织中，从而减少对其他细胞和组织的影响。AAV基因疗法可以用于治疗多种疾病，如遗传性疾病、免疫缺陷病、癌症等，因此具有广泛的应用前景。AAV基因疗法面临的挑战AAV基因疗法研究逐渐成熟，随着技术的不断进步，AAV基因疗法的研究逐渐成熟，但是也面临着诸多的挑战。提高AAV递送效率：目前，AAV基因疗法的主要限制之一是递送效率较低。未来研究需要集中精力解决这个问题，以实现更高效的基因治疗。一些研究人员正在探索利用CRISPR/Cas9技术改变细胞表面受体的方法来提高AAV的递送效率。AAV基因转载能力有限：AAV基因载体的基因组结构较小，只能携带较短的外源基因序列，一般只能携带不超过5 kb的外源DNA序列。这种限制使得AAV基因疗法只能用于一些单基因遗传性疾病，如遗传性视网膜病变、囊性纤维化等。对于复杂的多基因疾病，目前还无法直接应用AAV基因疗法进行治疗。因此，目前的研究主要集中在扩大AAV载体携带外源基因序列的能力，或者利用AAV基因载体作为辅助手段，配合其他基因编辑技术（如CRISPR/Cas9）进行治疗。扩大AAV应用范围：虽然AAV基因疗法已经在某些领域取得了成功，但它仍然无法满足许多复杂疾病的治疗需求。因此，未来需要进一步研究如何利用AAV基因疗法来治疗更广泛的疾病，例如癌症、心血管疾病等。开发新型AAV载体：目前，已经发现了多种AAV血清型，每一种AAV血清型都具有不同的递送特点。未来的研究需要开发新型的AAV载体，以适应不同疾病的治疗需求。例如，AAV7和AAV8是在眼科疾病治疗中应用广泛的载体。优化AAV基因疗法的安全性：尽管AAV基因疗法已经证明是相对安全的，但仍然存在一些安全问题，例如免疫反应和肝毒性等。未来的研究需要致力于发展更安全的AAV基因疗法，以确保其在临床应用中的安全性。利用AAV基因疗法进行基因编辑：随着CRISPR/Cas9技术的发展，AAV基因疗法被广泛应用于基因编辑。未来的研究需要进一步深入研究如何利用AAV基因疗法进行精准的基因编辑，以实现更精确、有效的基因治疗。AAV工业生产路径不同的AAV基因治疗药物生产路径可能存在细节差异，具体生产路径应根据所使用的技术和病毒载体等因素进行调整和优化。AAV基因治疗药物生产路径通常可以分为以下几个步骤：AAV载体构建：制备含有治疗基因的AAV载体，现在基因合成技术成熟，成本低，一般直接基因合成。细胞培养：将构建好的AAV载体转染至宿主细胞（通常为HEK293细胞），并进行培养。病毒收集：待宿主细胞达到适当的病毒滴度后，可收集病毒。病毒纯化：通过超滤、柱层析等技术，去除杂质，纯化AAV病毒。病毒浓缩：目前常用的浓缩方法有超滤、离心和冻干等技术。其中，超滤是最常用的方法之一，可以通过不同孔径的滤膜来筛选出病毒颗粒，再利用浓缩设备将病毒颗粒浓缩到所需的浓度。病毒质量控制：对病毒进行质量检测，如细胞毒性检测、感染力检测、病毒纯度检测等。包装及灌装：将病毒进行灌装，通常采用冷冻干燥、液氮冻存等技术，制备成为制剂。临床试验：进行临床试验，包括安全性、有效性等检测。监管审批：通过FDA等相关机构审批，获得上市许可。眼睛是AAV基因治疗的理想器官眼部（尤其是视网膜）是AAV基因疗法的理想场所。眼睛是一个相对"免疫豁免"的空间，即该组织环境可以耐受外源引入的抗原，而不产生炎症免疫反应，有利于外来移植物的长期稳定生存。给药安全性高，因为眼球属于小尺寸的器官，只能使用更小体积和数量的病毒。眼部局部治疗的可行性和可控性也使得基因疗法在这里更加可行和安全。例如，在眼底玻璃体手术中，可以直接将基因疗法载体注射到病变区域，避免了系统性给药带来的潜在不良反应。眼部解剖结构相对简单，相比于其他器官，眼睛的解剖结构相对简单，由少量的细胞类型构成。这使得基因疗法可以针对性地治疗特定的细胞类型或组织，同时也更容易监测治疗效果。眼睛非常适合进行光学检查，光学检查是眼科医生常用的检查方法之一。因此，基因疗法治疗后，可以通过光学检查来监测眼睛的结构和功能变化，为治疗效果的评估提供重要依据。眼睛的神经系统与中枢神经系统相连，但又是一个独立的单元，这使得研究人员可以利用眼睛作为对中枢神经系统的替代研究模型。例如，基因疗法治疗后，可以通过检查病人的眼底反应来判断治疗是否对大脑造成了潜在的影响。AAV基因疗法在眼科疾病中的应用AAV基因疗法是目前眼科领域中最具前景的基因治疗技术之一。眼科疾病通常是由单一的遗传缺陷引起的，而眼睛中的细胞数量和类型也相对较少，因此对于基因疗法的治疗效果更容易进行监测和评估。AAV基因疗法利用非致病性的腺相关病毒（AAV）作为载体，将治疗性基因导入患者的目标细胞中，从而实现对疾病基因的修复或替换。以下是AAV基因疗法在眼科疾病中的应用情况：遗传性视网膜病变：遗传性视网膜病变是一类常见的视网膜疾病，常常导致视力障碍和失明。AAV基因疗法已经成功用于治疗多种遗传性视网膜病变，例如Leber遗传性视网膜病变、视网膜素蛋白缺乏症等。临床研究表明，AAV基因疗法可以显著改善患者的视力和生活质量。黄斑变性：黄斑变性是老年性黄斑病变的一种，是导致视力丧失的主要原因之一。AAV基因疗法已经成功用于治疗一些黄斑变性患者，例如利用AAV2载体导入RPE65基因，以恢复视网膜色素的合成。临床试验结果显示，该治疗方案可以显著改善患者的视力和生活质量。夜盲症：夜盲症是一类遗传性视网膜疾病，常常导致夜间视力障碍。AAV基因疗法已经成功用于治疗一些夜盲症患者，例如利用AAV2载体导入RPE65基因，以恢复视网膜色素的合成。临床试验结果显示，该治疗方案可以显著改善患者的夜间视力。视网膜色素变性：视网膜色素变性是一类遗传性视网膜疾病，常常导致视力障碍和失明。AAV基因疗法已经成功用于治疗一些视网膜色素变性患者，例如利用AAV2载体导入BEST1基因，以恢复细胞膜通透性。临床试验结果显示，该治疗方案可以显著改善患者免疫调节：AAV基因疗法还可以被用于调节免疫系统，例如治疗自体免疫性疾病、眼部过敏等。通过向免疫细胞输送调节基因，可以调节免疫系统的反应，从而缓解免疫反应引起的炎症和疾病。新型治疗方法：AAV基因疗法还可以被用于开发新型治疗方法，例如治疗白内障、青光眼等。通过向受影响的细胞输送合适的基因或RNA，可以促进细胞的修复和再生，从而缓解或治愈眼部疾病。AAV基因疗法在眼科疾病中的一些应用案例：Leber's congenital amaurosis (LCA)治疗：LCA是一种罕见的遗传性疾病，患者的视网膜细胞无法正常工作，导致失明。2008年，美国宾夕法尼亚大学和瑞士伯尔尼大学的研究人员首次使用AAV基因疗法治疗LCA。研究人员将AAV2载体携带RPE65基因注入患者视网膜，结果患者的视力得到了显著改善，这是第一次AAV基因疗法在人类身上的成功案例。X连锁遗传性视网膜色素变性：AAV2.7m8-hGRK1-RPGR基因疗法在临床试验中显示出较高的安全性和疗效，已获得美国FDA批准进入III期临床试验。成年人的先天性色盲：一项初步的IIa期临床试验表明，AAV2.7m8-hGRK1-OPN1LW基因疗法可以在人类视网膜中安全有效地表达红色感光蛋白，从而显著提高色盲患者的色觉能力。红绿色盲：一个小型的I/II期临床试验表明，AAV2.7m8-hGRK1-OPN1MW基因疗法可以显著改善患者的色觉能力，而且安全性良好。遗传性视神经萎缩：一个小型的I/II期临床试验表明，AAV2.7m8-hGRK1-NMNAT1基因疗法可以减缓遗传性视神经萎缩的进程，而且安全性良好。失明：一项初步的I/II期临床试验表明，AAV2.7m8-hGRK1-CNGA3基因疗法可以显著提高ACHM患者的视力，而且安全性良好。视网膜色素变性：AAV2.7m8-hGRK1-RPE65基因疗法已经在临床试验中显示出很好的疗效和安全性，并被美国FDA批准为第一种基因疗法上市。色素上皮脱离：一个小型的I/II期临床试验表明，AAV2.7m8-hGRK1-RPE65基因疗法可以显著提高患者的视力，而且安全性良好。AAV基因疗法在眼科疾病中面临的挑战AAV基因疗法在治疗眼科疾病方面具有很大的潜力，但也面临着许多挑战和限制。未来的研究需要更多地关注这些问题，以实现更好的治疗效果和安全性。治疗效果的持久性：AAV基因疗法的治疗效果需要持续的基因表达，但由于AAV病毒粒子不可复制，治疗效果可能会逐渐减弱或消失，需要进行多次治疗。免疫反应：由于AAV基因疗法需要通过体内注射病毒颗粒来实现，因此可能引起宿主免疫系统的反应，特别是针对病毒载体的抗体，这可能会降低疗效。病变复杂性：眼科疾病的治疗通常需要针对复杂的病理生理过程，例如对多个细胞类型的影响，需要实现高度特异性和精准性，目前的技术难以完全满足这种需求。安全性问题：虽然AAV病毒被认为是相对安全的基因递送载体，但仍然存在潜在的安全问题，例如基因转移的意外效应或突变的可能性，需要进行进一步的安全性评估和监测。成本问题：目前，AAV基因疗法仍处于研究阶段，需要进行大量的前期工作，例如载体设计、生产和纯化、浓缩等，这些工作需要高昂的成本支持。愿景AAV基因疗法在眼科领域已经取得了很多重要的突破，但仍然面临许多挑战。未来，随着基因编辑和基因治疗技术的不断发展，AAV基因疗法在眼科疾病治疗中的应用前景非常广阔。新的AAV血清型的发现将进一步扩大AAV基因疗法的应用范围，有可能改变目前基因治疗仅能治疗特定疾病的现状。基因编辑技术（如CRISPR/Cas9）与AAV基因载体相结合，有望实现更精准的基因矫正和治疗。AAV基因载体的转染效率仍然不够高，尤其是对于难以转染的细胞类型，如视网膜色素上皮细胞。因此，未来需要进一步研究和开发更加有效的目标细胞转染技术。在AAV基因疗法的临床应用过程中，需要保证其安全性和长期稳定性，避免不良反应和基因载体的漂移。因此，未来需要进一步研究和完善AAV基因载体的安全性和稳定性，以便更好地应用于临床治疗。总之，AAV基因疗法在眼科疾病治疗中的应用前景非常广阔，未来的研究和开发将进一步促进其在眼科疾病治疗中的应用。嘉宾阵容以及授课话题已曝光，点击图片查询，合作热线：王晨 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