A genome-wide phenotypic screen for modifiers of SMN expression and function

SMN 表达和功能修饰因子的全基因组表型筛选

基本信息

  • 批准号:
    8702410
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-02-01 至 2016-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Spinal muscular atrophy (SMA) - the most common genetic cause of death in infancy - is a motor neuron disease that is caused by reduced levels of the survival motor neuron (SMN) protein and for which no effective therapy is currently available. Therefore, there is an urgent need to identify treatments that can restore SMN levels or can correct the deficits downstream of SMN depletion. SMN is an essential protein that is ubiquitously expressed and functions in RNA processing. SMA patients have homozygous loss of the SMN1 gene and retain at least one copy of the nearly identical SMN2 gene. The SMN2 gene produces low levels of the SMN protein leading to motor neuron degeneration and skeletal muscle wasting. Since higher copy numbers of the hypomorphic SMN2 gene reduce disease severity, to date most therapeutic discovery efforts for SMA have focused on increasing expression of SMN. Enhancing SMN function or correcting SMN-dependent downstream events may represent additional therapeutic avenues. However, a current limitation to the development of a treatment for SMA is the limited knowledge of suitable therapeutic targets. This research project aims to identify and characterize cellular factors that control the expression and function of the SMN protein with the ultimate goal of identifying novel avenues of therapeutic intervention for SMA. To reach this objective, we will employ a newly developed discovery platform that uses cell proliferation defects triggered by SMN deficiency as a robust phenotypic readout of functional SMN levels produced from the human SMN2 gene in NIH3T3 fibroblasts with regulated knockdown of endogenous mouse Smn. Our preliminary studies indicate that this system recapitulates, at least in part, mechanisms at play in disease. In Aim 1, we will perform a genome-wide cDNA screen in order to identify genes whose over-expression improves the cell proliferation phenotype of Smn-deficient NIH3T3 fibroblasts. A unique advantage of the phenotypic screening strategy we propose is the potential to identify modifier genes that act on SMN biology through multiple mechanisms of action. In Aim 2, we will use a panel of orthogonal assays to determine whether candidate modifiers revealed by the genetic screen as well as any chemical compounds known to mimic their effects i) increase SMN2 gene expression, ii) enhance SMN function, or iii) influence SMN-dependent downstream events. Importantly, we will also test the ability of these modifiers to improve survival of SMA motor neurons differentiated from mouse embryonic stem cells in order to establish their disease relevance and therapeutic potential. Collectively, our studies are designed to identify genetic modifiers of SMN expression and function as candidate targets for developing novel therapeutic approaches to SMA. They may also lead to the discovery of genes and small molecules as new research tools to study fundamental aspects of SMN biology and SMA disease mechanisms.
描述(由申请人提供):脊柱肌肉萎缩(SMA) - 婴儿期最常见的遗传原因 - 是一种运动神经元疾病,是由于生存运动神经元(SMN)蛋白水平降低引起的,目前尚无有效的治疗。因此,迫切需要确定可以恢复SMN水平或可以纠正SMN耗竭下游的缺陷的治疗方法。 SMN是一种必不可少的蛋白质,在RNA加工中无处不在,功能。 SMA患者的SMN1基因纯合损失,并保留了至少一个几乎相同的SMN2基因的副本。 SMN2基因产生低水平的SMN蛋白,导致运动神经元变性和骨骼肌浪费。由于较高的SMN2基因的副本数量降低了疾病的严重程度,因此迄今为止,SMA的大多数治疗发现工作都集中在增加SMN的表达。增强SMN功能或纠正SMN依赖性下游事件可能代表其他治疗途径。但是,当前对SMA治疗的开发的局限性是对合适的治疗靶标的知识有限。该研究项目旨在识别和表征控制表达和功能的细胞因素 SMN蛋白的最终目标是确定SMA治疗干预的新途径。为了实现这一目标,我们将采用一个新开发的发现平台,该平台使用SMN缺乏症触发的细胞增殖缺陷作为对NIH3T3成纤维细胞中人类SMN2基因产生的功能SMN水平的强大表型读数,并具有调节的内源性小鼠SMN的敲低。我们的初步研究表明,该系统至少部分地概括了疾病中发挥作用的机制。在AIM 1中,我们将执行一个全基因组cDNA筛选,以确定其过表达的基因改善了SMN缺陷型NIH3T3成纤维细胞的细胞增殖表型。我们提出的表型筛选策略的一个独特优势是通过多种作用机理识别对SMN生物学作用的修饰基因的潜力。在AIM 2中,我们将使用一组正交测定面板来确定遗传筛查揭示的候选修饰符以及是否已知的任何化学化合物来模仿其效果i)增加SMN2基因表达,ii)增强SMN功能,或III)影响SMN依赖性下游事件。重要的是,我们还将测试这些修饰符提高与小鼠胚胎干细胞区分的SMA运动神经元存活的能力,以确定其疾病相关性和治疗潜力。总体而言,我们的研究旨在鉴定SMN表达和功能的遗传修饰符,作为开发新型治疗方法的候选靶标。它们还可能导致发现基因和小分子作为研究SMN生物学和SMA疾病机制的基本方面的新研究工具。

项目成果

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