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ASO新疗法获批临床,B6-hIGHMBP2人源化小鼠模型可助力脊髓性肌萎缩症与腓骨肌萎缩症的未来研究-新品上架

2024年1月23日,美国万达生物制药(VNDA)宣布,其针对IGHMBP2基因的反义核苷酸(ASO)药物VCA-894A已正式获得FDA的新药临床试验(IND)批准[1]这标志着VCA-894A成为在Alcyone Therapeutics的AAV9-IGHMBP2基因替代疗法之后,又一款获得临床批准的、针对IGHMBP2的创新疗法[2]VCA-894A是一种新型ASO,专门针对IGHMBP2基因的隐性剪接位点突变,这类突变会导致运动神经元的缺失和外周神经系统的退化,从而引发一种名为腓骨肌萎缩症2S型(CMT2S)的罕见疾病,该疾病在2014年首次被定义[3]。目前,针对IGHMBP2的临床试验阶段的治疗方法已经涵盖了基因疗法和小核酸药物,同时,干细胞移植等其他疗法也在积极开发中[4-7]

 

IGHMBP2的结构和功能

免疫球蛋白解旋酶μ结合蛋白2(IGHMBP2)是一种依赖于ATP的DNA/RNA解旋酶,也被称为心脏转录因子1(CATF1)。它具有多个结构域,包括DNA/RNA解旋酶结构域、R3H单链核酸结合域和锌指结构域。IGHMBP2属于AAA+ ATP酶超家族,能够附着在DNA的特定区域,暂时解开DNA双螺旋链[8]因此,IGHMBP2在DNA复制、修复和转录,以及RNA代谢与剪切和蛋白翻译等过程中发挥调控作用,对运动神经元存活、神经系统发育和维持,以及正常心脏功能维护等过程起着关键作用。

 

B6-hIGHMBP2人源化小鼠

 IGHMBP2蛋白通过多种机制调控转录和翻译过程[8]

 

IGHMBP2突变导致CMT2S和SMARD1

IGHMBP2基因突变可导致脊髓性肌萎缩症伴呼吸窘迫1型(SMARD1)和腓骨肌萎缩症2S型(CMT2S)两种临床表型差异显著的疾病。SMARD1主要影响脊髓前角α-运动神经元,特征为婴儿早期出现肌无力和呼吸窘迫,症状通常在出生后的前几个月内显现,包括横膈膜和其他呼吸肌肉的肌无力,反射减弱,吞咽困难和运动障碍。SMARD1的起病急,病程进展快,容易导致周围性呼吸衰竭,危及生命[9]

 

相比之下,CMT2S是一种影响周围神经系统的遗传性神经病,是腓骨肌萎缩症(CMT)的一种亚型。CMT2S的发病率低于1/1,000,000,主要在生命的前十年发病,其特征是四肢远端肌肉无力和萎缩,感觉缺失,以及腱反射减弱或消失[10-11]。与SMARD1相比,CMT2S的表型较轻,通常不致命,且一般不会出现呼吸困难或脊髓运动神经元缺失的情况。

 

B6-hIGHMBP2人源化小鼠

SMARD1的临床特征[9]

 

IGHMBP2突变类型和部位与疾病类型和严重程度相关

IGHMBP2基因突变的位置对疾病类型和表型严重程度有显著影响,位于IGHMBP2基因两个RecA样结构域(1A和2A)的非截短变异是SMARD1的主要致病突变类型,而位于IGHMBP2基因最后一个外显子的截短变异则是CMT2S的主要致病突变类型。在SMARD1的发病机制中,IGHMBP2蛋白的解旋酶结构域起着关键作用。大多数SMARD1患者的致病突变发生在该解旋酶结构域,导致ATP酶活性或解旋酶活性丧失[12]。通常,导致mRNA完全降解的功能丧失变异更容易引发更严重的SMARD1表型。

 

相比之下,CMT2S的发生主要与IGHMBP2基因5′UTR的无义突变和最后一个外显子的移码突变、截短突变、错义突变和复合杂合突变有关[13]

 

B6-hIGHMBP2人源化小鼠

IGHMBP2非截断突变(A)和截短突变(B)在基因结构和蛋白功能区中的分布情况[13]

 

IGHMBP2相关疾病的临床前研究模型

IGHMBP2是一种相对“神秘”的蛋白质,尽管其作为螺旋酶重要性已知,但其在细胞过程中的具体作用仍不清楚。虽然该基因全身性表达,但其突变主要影响神经元细胞,导致SMARD1和CMT2S等特定的神经元疾病。目前,这些IGHMBP2基因相关疾病尚无获批的有效疗法,这是需要进一步研究的问题。

 

神经肌肉变性(nmd)小鼠是研究SMARD1的主要模型,该小鼠的Ighmbp2基因4号内含子自发突变,导致近80%的转录本剪接异常,从而使全长Ighmbp2 mRNA水平显著降低,小鼠会出现与SMARD1相似的表型。然而,nmd小鼠的呼吸窘迫并非由神经变性引起,而是由于膈肌缺陷。此外,nmd小鼠的心肌细胞死亡导致心肌病和心力衰竭,这可能是其早期致死的原因,但在SMARD1患者中并未观察到这种情况。因此,nmd小鼠在呼吸窘迫和致死性这两个关键特征上,与人类SMARD1存在较大的不同[14]。另外,IGHMBP2基因突变也会导致CMT2S,但目前大多数小鼠模型都无法呈现该疾病的临床特征。将小鼠基因进行人源化修饰并引入临床致病点突变,才可使小鼠出现CMT2S样表型[15]因此,人源化小鼠模型对于推进SMARD1和CMT2S等IGHMBP2基因相关疾病的研究具有重大意义。

 

IGHMBP2基因人源化模型—B6-hIGHMBP2小鼠

赛业生物针对SMARD1和CMT2S等IGHMBP2基因相关疾病的研究需求,特别是在小核酸药物和基因治疗等需要精准靶向人类基因的疗法中,开发了IGHMBP2基因人源化模型B6-hIGHMBP2小鼠(产品编号:C001437)该模型在小鼠Ighmbp2基因位点原位替换了人源IGHMBP2基因,包含从启动子到3’UTR的所有碱基序列,小鼠成功表达人源IGHMBP2基因,而不表达小鼠Ighmbp2基因。该模型可用于研究靶向人源IGHMBP2基因或蛋白的疗法,并可在此基础上构建临床致病点突变模型,用于评估基因治疗或小核酸疗法,以实现符合患者突变类型的个体化精准医疗。

 

B6-hIGHMBP2人源化小鼠

C57BL/6NCya野生型小鼠和B6-hIGHMBP2小鼠体内基因表达的检测

 

总  结

B6-hIGHMBP2小鼠(产品编号:C001437)模型能有效地表达人源IGHMBP2基因,而不表达小鼠内源性Ighmbp2基因,体内存在显著的人源基因表达。因此,该模型可用于研究腓骨肌萎缩症(CMT)和脊髓性肌萎缩症伴呼吸窘迫1型(SMARD1)等IGHMBP2基因相关的神经元疾病。赛业生物利用自主研发的TurboKnockout融合BAC重组技术,可以提供基于该模型构建的热门点突变疾病模型,并可根据不同点突变提供定制服务,以满足研发人员对CMT和SMARD1等疾病药物筛选和药效学等实验的需求。

 

此外,赛业生物在其他神经退行性疾病和神经肌肉疾病领域,也开发了多款人源化和人源化点突变模型,以满足对这些领域的小核酸和基因疗法等研究的需求。

参考文献:

[1] Vanda Pharmaceuticals. (2024, February 1). Vanda Pharmaceuticals Receives FDA Approval to Proceed with Investigational New Drug VCA-894A, a Novel Antisense Oligonucleotide Candidate for the Treatment of Charcot-Marie-Tooth Disease Type 2S. BioSpace. https://www.biospace.com/article/releases/vanda-pharmaceuticals-receives-fda-approval-to-proceed-with-investigational-new-drug-vca-894a-a-novel-antisense-oligonucleotide-candidate-for-the-treatment-of-charcot-marie-tooth-disease-type-2s/

[2] Cottenie E, Kochanski A, Jordanova A, Bansagi B, Zimon M, Horga A, Jaunmuktane Z, Saveri P, Rasic VM, Baets J, Bartsakoulia M, Ploski R, Teterycz P, Nikolic M, Quinlivan R, Laura M, Sweeney MG, Taroni F, Lunn MP, Moroni I, Gonzalez M, Hanna MG, Bettencourt C, Chabrol E, Franke A, von Au K, Schilhabel M, Kabzińska D, Hausmanowa-Petrusewicz I, Brandner S, Lim SC, Song H, Choi BO, Horvath R, Chung kW, Zuchner S, Pareyson D, Harms M, Reilly MM, Houlden H. Truncating and missense mutations in IGHMBP2 cause Charcot-Marie Tooth disease type 2. Am J Hum Genet. 2014 Nov 6;95(5):590-601.

[3] ClinicalTrials.gov. (2024, February 1). NCT05152823. ClinicalTrials.gov. https://beta.clinicaltrials.gov/study/NCT05152823?cond=CMT2S&checkSpell=false&rank=1

[4] Sierra-Delgado JA, Sinha-Ray S, Kaleem A, Ganjibakhsh M, Parvate M, Powers S, Zhang X, Likhite S, Meyer K. In Vitro Modeling as a Tool for Testing Therapeutics for Spinal Muscular Atrophy and IGHMBP2-Related Disorders. Biology (Basel). 2023 Jun 16;12(6):867.

[5] Shababi M, Feng Z, Villalon E, Sibigtroth CM, Osman EY, Miller MR, Williams-Simon PA, Lombardi A, Sass TH, Atkinson AK, Garcia ML, Ko CP, Lorson CL. Rescue of a Mouse Model of Spinal Muscular Atrophy With Respiratory Distress Type 1 by AAV9-IGHMBP2 Is Dose Dependent. Mol Ther. 2016 May;24(5):855-66. 

[6] Nizzardo M, Simone C, Rizzo F, Salani S, Dametti S, Rinchetti P, Del Bo R, Foust K, Kaspar BK, Bresolin N, Comi GP, Corti S. Gene therapy rescues disease phenotype in a spinal muscular atrophy with respiratory distress type 1 (SMARD1) mouse model. Sci Adv. 2015 Mar 13;1(2):e1500078. 

[7] Shababi M, Villalón E, Kaifer KA, DeMarco V, Lorson CL. A Direct Comparison of IV and ICV Delivery Methods for Gene Replacement Therapy in a Mouse Model of SMARD1. Mol Ther Methods Clin Dev. 2018 Aug 17;10:348-360.

[8] Rzepnikowska W, Kochański A. Models for IGHMBP2-associated diseases: an overview and a roadmap for the future. Neuromuscul Disord. 2021 Dec;31(12):1266-1278.

[9] Perego MGL, Galli N, Nizzardo M, Govoni A, Taiana M, Bresolin N, Comi GP, Corti S. Current understanding of and emerging treatment options for spinal muscular atrophy with respiratory distress type 1 (SMARD1). Cell Mol Life Sci. 2020 Sep;77(17):3351-3367. 

[10] 郭鹏,唐北沙,赵国华,等. 腓骨肌萎缩症的病理学特点和基因突变[J]. 中华医学杂志,2005,85(34):2382-2385.

[11] Orpha.net. (2024, February 1). OC_Exp.php?lng=EN&Expert=443073. Orpha.net. https://www.orpha.net/consor/cgi-bin/OC_Exp.php?lng=EN&Expert=443073

[12] Saladini M, Nizzardo M, Govoni A, Taiana M, Bresolin N, Comi GP, Corti S. Spinal muscular atrophy with respiratory distress type 1: Clinical phenotypes, molecular pathogenesis and therapeutic insights. J Cell Mol Med. 2020 Jan;24(2):1169-1178. 

[13] Tian Y, Xing J, Shi Y, Yuan E. Exploring the relationship between IGHMBP2 gene mutations and spinal muscular atrophy with respiratory distress type 1 and Charcot-Marie-Tooth disease type 2S: a systematic review. Front Neurosci. 2023 Nov 17;17:1252075.

[14] Rzepnikowska W, Kochański A. Models for IGHMBP2-associated diseases: an overview and a roadmap for the future. Neuromuscul Disord. 2021 Dec;31(12):1266-1278.

[15] Martin PB, Holbrook SE, Hicks AN, Hines TJ, Bogdanik LP, Burgess RW, Cox GA. Clinically relevant mouse models of Charcot-Marie-Tooth type 2S. Hum Mol Genet. 2023 Apr 6;32(8):1276-1288. 

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