罕见病十宗罪本期我们要关注的是一类由DNA重复序列导致的疾病。DNA重复序列在人类基因组中很是常见，尤其是基因及其调控区域内，且重复序列还可以通过转录和翻译等过程产生mRNA和蛋白质层面上的差异。这些重复组已被看做一种进化机制，但同时，它们也可能与人类的遗传性疾病和癌症相关[1]。
DNA重复组引发的疾病包括：ATXN3基因上的CAG序列重复导致脊髓小脑性共济失调3型（SCA3）、TCF4基因CTG重复导致Fuchs内皮性角膜营养不良等。接下来，我们就从致病机理及疾病模型方面来认识这类疾病及其相关临床前研究。
ATXN3基因CAG重复导致脊髓小脑性共济失调3型
脊髓小脑性共济失调（Spinocerebellarataxia, SCAs）是一组以慢性进行性共济失调为特征的遗传性疾病，目前已发现的致病基因达数十种，多呈常染色体显性，中国较常见的SCA亚型为脊髓小脑性共济失调3型，也称马查多-约瑟夫病（Machado-Joseph, MJD）。
该病的致病基因为ATXN3，ATXN3基因编码的蛋白为ataxin-3蛋白，该基因10号外显子区的(CAG)n重复序列可发生异常扩增突变，导致编码产物多聚谷氨酰胺在神经组织内异常聚集，进而引发大脑中的神经细胞和传递信息的神经纤维损伤。正常人的CAG重复数范围为10-44次，而SCA3患者则高达61-87次。通常情况下，疾病严重程度与CAG重复的次数相关，CAG重复次数越多，疾病的严重程度越高，发病越早[2]。
在SCA3临床前研究方面，较为常见的疾病模型是MJD84.2转基因小鼠(SCA3-YAC-84Q)[3]。为提高药物开发成功率，赛业生物自主研发了hATXN3全基因组人源化小鼠及相似的SCA3-YAC-84Q模型。
TCF4基因编码的转录因子4是一种基本的螺旋环螺旋转录因子，TCF4作为“转录因子”基因，控制着至少数百个其他基因活动。如果从发育开始就被破坏，将导致许多系统发育异常。TCF4基因是导致皮特-霍普金斯综合症（R580W为突变热点[4]）、Fuchs内皮性角膜营养不良、自闭症和精神分裂症的重要致病基因。普通人TCF4基因2号内含子内CTG重复序列通常为10-37个重复单元，而当CTG重复序列扩增到50个重复单元，会导致Fuchs内皮性角膜营养不良发生。
目前市场上并没有模拟人体内TCF4基因CTG重复机制导致疾病的人源化小鼠模型，为推动TCF4基因异常相关疾病的治疗（如ASO和siRNA等基因疗法），赛业生物自主研发了hTCF4全基因组人源化小鼠、hTCF4-n*(CTG)、hTCF4(R580W)等疾病模型小鼠。
其他重复序列致病相关模型
除ATXN3基因、TCF4基因相关模型外，赛业生物还自主研发了多个重复序列致病的动物模型，涉及疾病包括：DMPK基因CTG重复所导致的肌强直性营养不良症、FXN基因GAA重复导致的弗里德赖希共济失调、ATXN1基因CAG重复导致SCA1、HTT基因CAG重复导致的亨廷顿症等。
|
基因 |
疾病 |
重复序列 |
|
ATXN3 |
脊髓小脑共济失调3型 |
CAG |
|
TCF4 |
Fuchs内皮性角膜营养不良 |
CTG |
|
DMPK |
强直性肌萎缩症 |
CTG |
|
FXN |
弗里德赖希共济失调 |
GAA |
|
ATXN1 |
脊髓小脑共济失调1型 |
CAG |
|
HTT |
亨廷顿症 |
CAG |
HUGO-GT全基因组人源化模型构建计划
不仅是上述提及的脊髓小脑共济失调3型，针对视网膜色素变性（RP）、黄斑变性（AMD）、帕金森病（PD）等多种疾病类型，如果要深入研究其致病机理，长片段甚至全基因组人源化小鼠是更好的选择。但全基因组替换所需的技术难度高，大规模引入的外源序列可能会影响原本基因的表达调控。
赛业生物启动了HUGO-GTTM计划，基于自主研发的TurboKnockout-Pro技术，对鼠源基因实现原位替换，成功构建了涵盖更丰富干预靶点的全基因组人源化小鼠。HUGO-GTTM小鼠搭载了更高效的大片段载体融合技术，可以作为万能模板进行针对性的突变定制服务，是更贴近真实世界生物机制的药物临床前研究模型，欢迎联系400-680-8038。
参考文献
[1] Erwin GS, Gürsoy G, Al-Abri R ,et al.Recurrent repeat expansions in human cancer genomes[J]. Nature. 2023 Jan;613(7942):96-102. doi: 10.1038/s41586-022-05515-1.
[2] Corral-Juan, M., et al., Clinical, genetic and neuropathological characterization of spinocerebellar ataxia type 37. Brain, 2018. 141(7): p. 1981-1997.
[3] Cemal C K , Carroll C J , Lorraine L ,et al.YAC transgenic mice carrying pathological alleles of the MJD1 locus exhibit a mild and slowly progressive cerebellar deficit[J].Human Molecular Genetics, 2002(9):1075-1094.DOI:10.1093/hmg/11.9.1075.
[4] Thaxton,Courtney,Kloth,et al.Common Pathophysiology in Multiple Mouse Models of Pitt-Hopkins Syndrome[J].Journal of Neuroscience the Official Journal of the Society for Neuroscience, 2018.
