“审稿人认为本次工作将在雷特综合症的遗传学领域树立新的里程碑。并指出这篇论文将从根本上改变人们对于 MECP2 引起雷特综合症的认知。”加拿大多伦多大学博士毕业生、目前正在美国麻省理工学院从事博后研究的刘毅表示。

图 | 刘毅（来源：刘毅）

通过本次研究，他和所在团队提供了关于 MECP2 在人类神经元基因组上的结合模式、作用方式、及其对于基因转录影响的全新理解，展现了 MECP2 作为关键转录激活因子的巨大潜力。

与此同时，刘毅和团队还建立了 MECP2 全基因组表观遗传学图谱。

通过这一图谱他们惊喜地发现：MECP2 直接与超过 4000 个神经元基因结合。更令人振奋的是，其中许多都与自闭症相关。

在分子机制上，他们发现 MECP2 能直接与 RNA 聚合酶 II（RNA polymerase II）相互作用，从而能够介导转录激活。

（来源：Neuron）

据介绍，在雷特综合症的神经元中，MECP2 的突变减弱了其与靶基因的结合力，导致 RNA 聚合酶 II 在转录起始点的聚集下降。

在全基因组水平上，这种变化会导致相关基因表达的降低。通过研究这一变化，课题组阐明了雷特综合症的新致病机理。

早期数据表明，在缺失 MECP2 基因的雷特综合症小鼠模型中，当恢复小鼠大脑中 MECP2 基因的表达的时候，能在一定程度上修复神经功能障碍。

研究中，他们发现 MECP2 在人类神经元中可以结合并直接调控 4189 基因。其中的 381 个基因，均与自闭症风险存在相关性。

在携带雷氏综合征患者基因突变的神经元中，大约有 80% MECP2 可以直接调控基因并会出现转录下调，从而引起神经发育、突触形成、线粒体、核糖体和纤毛功能等方面的障碍。

基于此，他们确定了由 MECP2 基因突变直接引起的失调细胞通路，这些通路将有潜力成为小分子药物筛选的治疗目标。

在分子机制层面，他们发现大多数 MECP2 雷氏综合症的基因突变，都会削弱 MECP2 与 RNA 聚合酶 II 的相互作用，从而降低 RNA 聚合酶 II 在转录起始点的聚集，进而阻碍基因的表达。

因此，MECP2 与 RNA 聚合酶 II 之间的蛋白质相互作用，可能会成为治疗雷特综合征的重要靶点，并能从分子机理角度来解决神经元中的基因表达障碍。

而该团队构建的 MECP2 在健康与疾病状态中的综合表观遗传组基因图谱，则能用于指导雷氏综合症的靶向治疗。

总的来说，本次发现有望改变人们对于 MECP2 分子的功能的认知，不仅为理解其作用机制带来了全新视角，也为开发相关治疗方法提供了宝贵线索。

（来源：Neuron）

雷特综合症的 20 多年未解难题

据了解，雷特综合症是一种罕见的神经发育疾病，会导致严重的智力障碍、语言障碍和运动障碍、以及导致类似自闭症谱系的行为。

这种疾病主要由位于 X 染色体的 MECP2 基因突变所致，通常在女孩幼儿期开始表现，目前尚无能够治愈的方法。

由 MECP2 基因编码的 MECP2 蛋白，在大脑中高度表达。所以，这种蛋白是一种重要的表观遗传调控因子，对于维持神经元功能起着重要作用。

自 1999 年人类发现 MECP2 基因突变导致雷特综合症以来，包括刘毅的博士后导师、美国科学院院士、美国麻省理工学院教授鲁道夫·耶尼施（Rudolf Jaenisch）团队在内的全球研究人员，已经进行了 20 多年的深入研究。

尽管人们已经了解到 MECP2 基因突变，会对神经元基因表达调控产生广泛的影响。

但是，人类至今仍未完全厘清 MECP2 蛋白到底可以直接结合哪些基因，以及这些基因转录的变化所导致的雷特综合症的发病机制。

而针对这些问题加以解答，对于开发更具针对性的治疗方案至关重要。

开源多组学数据库，人人都可免费使用

要想研究上述问题，刘毅首先需要通过人类胚胎干细胞，来构建雷特综合症的模型。

通过利用 CRISPR/Cas9 技术，他在人类胚胎干细胞的内源性 MECP2 基因位点，构建了带有绿色荧光蛋白标签的结构。

并引入了雷氏综合症患者中常见的 MECP2 基因突变，同时也构建了 MECP2 基因敲除的人类胚胎干细胞。

通过利用高特异性的绿色荧光蛋白抗体，可以直接比较野生型 MECP2 蛋白与突变型 MECP2 蛋白，在细胞中的定位差异和功能差异。

对于人类胚胎干细胞来说，当采用传统方法来分化成成熟神经元，可能需要长达数月之久，并且在所得到的细胞群体中，可能存在较大的异质性。

为了高效地诱导神经元分化，刘毅和同事利用 CRISPR/Cas9 技术，将强力霉素（Doxycycline）可诱导的 NGN2 过表达系统，引入到人类胚胎干细胞中。

NGN2 基因能编码一种神经特异性转录因子，它能驱动干细胞分化为神经元。

因此，通过诱导 NGN2 基因表达，只需花费不到三周的时间，就能高效地诱导分化成熟神经元群体，并且这些神经元群体具有较高的均一性。

这样一来，就能从神经元发育和病理变化这两个角度，研究 MECP2 蛋白的分子机制。

建立雷特综合症神经元模型之后，刘毅等人还优化了 CUT&Tag 技术在神经元中的应用。

并利用高特异性的绿色荧光蛋白抗体，来提高实验分辨率。随后，他们开始解析和比较野生型 MECP2 蛋白与突变型 MECP2 蛋白，在神经元基因组上的结合差异。

此外，他们还结合蛋白质组、全基因组 DNA 甲基化测序、染色质开放性测序、以及 RNA 测序技术，来构建 MECP2 在人类神经元中的表观遗传学图谱。

为了更方便地分享多组学数据库，刘毅创建了一个名为 MECP2 NeuroAtlas 的开源数据网站（https://mecp2-neuroatlas.wi.mit.edu/）。

这让业内人士无需耗费太多时间，即可针对原始数据进行生物信息学分析。

使用时只需输入一个基因，就能探索表观基因组和蛋白质组数据库，从而揭示 MECP2 和 RNA 聚合酶 II 在选定基因的占位情况、染色质可及性、以及 DNA 甲基化状态。

在这个网站上，刘毅还提供了一个详细的图表，里面列出了选定基因在正常神经元和雷特综合症神经元中的基因表达情况、以及分别与野生型 MECP2 和突变型 MECP2 的潜在蛋白互相作用。

最终，关于这项研究的相关论文以《MECP2 直接与 RNA 聚合酶 II 相互作用，调节人类神经元中的转录》（MECP2 directly interacts with RNA polymerase II to modulate transcription in human neurons）为题发在 Neuron（IF 16.2）。

刘毅是第一作者，麻省理工学院鲁道夫·耶尼施（Rudolf Jaenisch）教授担任通讯作者。

图 | 相关论文（来源：Neuron）

和妻子共同奋斗在 MIT

而为了继续阐明 MECP2 与 RNA 聚合酶 II 相互作用机制以及对基因调控的影响，刘毅和所在团队计划结合使用结构生物学技术和超分辨率显微镜技术，研究 MECP2 与 RNA 聚合酶 II 蛋白结合的分子机理。

其希望能够解释雷氏综合症相关的 MECP2 基因突变、和 RNA 聚合酶 II 蛋白之间的相互作用。同时，也希望为雷氏综合症小分子药物设计提供一定的分子结构基础。

如前所述，刘毅开发了 MECP2 NeuroAtlas 网站，后续他希望扩展这一模型，并能加入更多的基因测序数据。

同时，其也将把开放数据平台做大做强，推动神经科学领域的多组学研究合作。

与此同时，他还希望建立基于 AI 的模型，从而能够继续探索 MECP2、RNA 聚合酶 II 和 DNA 之间的相互作用机制，并将通过结构生物学方法来进行验证。

在临床预测方面，他希望通过 AI 模型来预测患者的 MECP2 基因突变，如何影响着其与 RNA 聚合酶 II 及 DNA 的相互作用。

进一步预测这种影响与雷特综合征的严重程度之间的相关性，从而能够更好地理解疾病机制，并能为临床提供预测工具。

而刘毅走上科研之旅最早可以追溯到曾在某一年暑假在华西医院的学习经历。后来，他在加拿大多伦多大学获得博士学位。

他表示：“另一个推动我走向科研之路的原因是我的妻子 Erika Wang。Erika 超级聪明但又非常努力，我们从十几岁相识到现在已经在一起十多年了，试图跟上她的步伐对我来说是一场奇妙的动力。”刘毅说。

图 | 刘毅、Erika Wang 和 Jacob（来源：刘毅）

分别从加拿大多伦多大学毕业之后，他和妻子以及他们 10 岁的狗狗 Jacob 一起搬到美国波士顿。

刘毅说：“Erika 现在作为 Banting 研究员在麻省理工学院罗伯特·兰格（Robert S. Langer）实验室进行博士后研究，致力于利用工程学方法进行医学转化研究，我则专注于基础科学研究。未来，我们都希望可以拥有各自的独立课题组。”

参考资料：

1.Liu, Y., Flamier, A., Bell, G. W., Diao, A. J., Whitfield, T. W., Wang, H. C., ... & Jaenisch, R. (2024). MECP2 directly interacts with RNA polymerase II to modulate transcription in human neurons.Neuron.

排版：刘雅坤