正孤独症谱系障碍(ASD)是一类以不同程度的社会交往/交流障碍、狭隘的兴趣和重复刻板行为、感知觉异常为主要特征的发育行为障碍性疾病,严重影响患者及其家庭的生活质量。

        SHANK3蛋白是神经突触的主要支架蛋白,分布在几乎所有的兴奋性突触的突触后致密区(PSD),参与神经转移受体和 细胞骨架蛋白的相互作用,形成细胞骨架相关的信号复合物,并参与树突棘的形成和成熟。研究发SHANK3基因的缺失、扩增、突变均可引起SHANK3蛋白的功能障碍,从而导致ASD的各种临床症状。

        一篇由第四军医大学基础医学院神经生物学教研室武胜昔、王文挺团队联合MIT冯国平实验室在Nature Neuroscience杂志上发表的题为Anterior Cingulate Cortex Dysfunction Underlies Social Deficits in Shank3Mutant Mice文章,揭示了前扣带回皮质(anterior cingulate cortex,ACC)锥体神经元兴奋性突触在自闭症小鼠模型社交障碍中的关键作用。作者通过正向或反向调控ACC锥体神经元的兴奋性突触,可以缓解或模拟社交障碍。

       文章首先系统的展示了SHANK3缺失会改变ACC锥体神经元的神经元形态,导致ACC锥体神经元树突棘缺失(Fig1);改变ACC中锥体神经元的突触功能,导致突触传递受损等(Fig2);由此导致的ACC锥体神经元的低活性在社会交往行为缺陷中发挥了因果作用

 Fig. 1 | Morphological changes in the ACC of Shank3 Ko mice

                                             

                                   Fig. 2 | excitatory synaptic dysfunction in the ACC pyramidal neurons of Shank3 Ko mice.

为了证实ACC在社交障碍中作用的特异性,作者利用CRISPR/Cas9技术在ACC局部敲除Shank3,ACC中Shank3的选择性敲除足以引起突触功能障碍和社会行为缺陷,表明ACC锥体神经元的功能与社交行为密切相关(Fig3)

                                               

                                  Fig. 3 | Conditional Shank3 deletion in the ACC recapitulates synaptic impairments and social dysfunction

进一步,作者利用光遗传学或化学遗传学方法选择性激活ACC锥体神经元(Fig4),恢复ACC锥体神经元中SHANK3的表达,或全身给药使用一种兴奋性突触后AMPA受体的正性调节剂CX546来增强兴奋性突触功能,可显著改善社交行为。

                                             

Fig. 4| optogenetic activation of ACC pyramidal neurons rescues social interaction and anxiety behaviors in Ko mice

       本文的研究为在Shank3突变型ASD小鼠模型中ACC功能障碍和社交障碍之间的因果关系提供了直接证据,强调ACC是对社会行为缺失干预的一个潜在的治疗靶标。

研究中使用CRISPR/Cas9技术在ACC局部敲除SHANK3,使用AAV作为体内基因敲除的高效传递系统,所用到的CRISPR-AAV病毒由派真生物包装生产,然后通过眼眶后注射到小鼠体内
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乳动物最安全、感染组织最为广泛的病毒类载体,派真生物结合当前革命性的基因编辑CRISPR/系统,AAV作为体内基因敲除的高效传递系统在新近发表的多项CRISPR应用研究中被使用。具有极强组织靶向性的AAV与可行使多种功能CRISPR系统的结合,已成为一个功能强大,且潜在用途广泛的动物实验工具。

派真生物所有入口载体的gRNA骨架都经过优化,最多能提高40%的切割效率。所有CRISPR核酸酶的编码都经过哺乳动物/人的密码子优化。CRISPR入口载体系列(AA/AB/AC/AD/AE/AF/AG/AH)集合目前最前沿的CRISPR系统成果,常用载体经过多个合作单位的验证,能大幅提高实验成功率。

由派真生物生产的AAV病毒,具有以下优点:

1.可靠:采用ATCC标准品作较正,无需担心病毒虚高,1E+13GC/m以上;可以达到纯度95%以上、内毒素含量(<10EU/mL);质粒多重酶切、 SYBR Green qPCR测定基因组拷贝数Gc/mL;SDS-PAGE考马斯亮蓝染色,保证无杂带;可选HPLC纯度检测、电镜空壳率、内毒素等几十项指标;

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参考资料
1. https://www.sohu.com/a/329699207_650136
2. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-XZEK201404021.htm
3. http://www.cjebp.net/CN/abstract/abstract9156.shtml

文献链接
Anterior Cingulate Cortex Dysfunction Underlies Social Deficits in Shank3 Mutant Mice. Nat Neurosci. 2019 Aug;22(8):1223-1234. doi: 10.1038/s41593-019-0445-9. Epub 2019 Jul 22.