研究人员利用CRISPR基因编辑技术敲除了斑马鱼的细胞球蛋白基因,结果发现缺乏细胞球蛋白会导致胚胎出现镜像心脏,即心脏左右模式颠倒。进一步研究发现,细胞球蛋白参与一氧化氮的生成过程,而一氧化氮有助于调节器官的血液流动。
研究还发现,细胞球蛋白在纤毛的结构和功能中起着至关重要的作用。纤毛是决定器官不对称和正常发育的微小毛发状结构。缺乏细胞球蛋白会导致纤毛功能异常,进而引发严重的器官偏侧性异常。
这一发现首次揭示了细胞球蛋白——或任何类似血红蛋白的球蛋白——在胎儿发育中的参与,并指出其缺乏可能与出生缺陷有关。此外,这一发现还为开发治疗影响纤毛运动的罕见先天缺陷的药物提供了新的可能性。
目前大约每1万到3万人中就有1人生来就患有原发性纤毛运动障碍症(Primary Ciliary Dykinesia, PCD),这是一种影响纤毛的罕见疾病,可因粘液变稠堵塞气道而导致呼吸问题。目前还没有治愈这种疾病的方法,只能通过手术来修复任何心脏缺陷,并通过治疗来控制症状。
论文第一作者、马里兰大学医学院医学助理教授Elizabeth Rochon博士表示:“我们发现了表型,并将其与纤毛联系起来。在存在细胞球蛋白的情况下,我们可以追踪该蛋白的功能,以及它如何导致纤毛功能正常和器官发育。在没有细胞球蛋白的情况下,我们观察到这些缺陷。”
这一发现为开发新的治疗方法提供了基础,可能改变导致这些缺陷的过程,并有望帮助数以千计患有纤毛运动障碍症和其他先天性缺陷的患者。