人源化小鼠模型在DNA重復序列致病中的應用

走進「罕見病十宗罪」專欄，為你解密罕見疾病的發(fā)生發(fā)展機制、行業(yè)研究進展（基因治療等）、推動成果轉化的臨床前創(chuàng)新策略（模型構建及藥物篩選等）。往期回顧：
 

本期我們要關注的是一類由DNA重復序列導致的疾病。DNA重復序列在人類基因組中很是常見，尤其是基因及其調(diào)控區(qū)域內(nèi)，且重復序列還可以通過轉錄和翻譯等過程產(chǎn)生mRNA和蛋白質(zhì)層面上的差異。這些重復組已被看做一種進化機制，但同時，它們也可能與人類的遺傳性疾病和癌癥相關^[1]。

DNA重復組引發(fā)的疾病包括：ATXN3基因上的CAG序列重復導致脊髓小腦性共濟失調(diào)3型（SCA3）、TCF4基因CTG重復導致Fuchs內(nèi)皮性角膜營養(yǎng)不良等。接下來，我們就從致病機理及疾病模型方面來認識這類疾病及其相關臨床前研究。
 

ATXN3基因CAG重復導致脊髓小腦性共濟失調(diào)3型

脊髓小腦性共濟失調(diào)（Spinocerebellarataxia, SCAs）是一組以慢性進行性共濟失調(diào)為特征的遺傳性疾病，目前已發(fā)現(xiàn)的致病基因達數(shù)十種，多呈常染色體顯性遺傳，中國較常見的SCA亞型為脊髓小腦性共濟失調(diào)3型，也稱馬查多-約瑟夫病（Machado-Joseph, MJD）。

該病的致病基因為ATXN3，ATXN3基因編碼的蛋白為ataxin-3蛋白，該基因10號外顯子區(qū)的(CAG)n重復序列可發(fā)生異常擴增突變，導致編碼產(chǎn)物多聚谷氨酰胺在神經(jīng)組織內(nèi)異常聚集，進而引發(fā)大腦中的神經(jīng)細胞和傳遞信息的神經(jīng)纖維損傷。正常人的CAG重復數(shù)范圍為10-44次，而SCA3患者則高達61-87次。通常情況下，疾病嚴重程度與CAG重復的次數(shù)相關，CAG重復次數(shù)越多，疾病的嚴重程度越高，發(fā)病越早^[2]。

在SCA3臨床前研究方面，較為常見的疾病模型是MJD84.2轉基因小鼠（SCA3-YAC-84Q）^[3]。為提高藥物開發(fā)成功率，賽業(yè)生物自主研發(fā)了hATXN3全基因組人源化小鼠及相似的SCA3-YAC-84Q模型。
 

TCF4基因CTG重復導致Fuchs內(nèi)皮性角膜營養(yǎng)不良

TCF4基因編碼的轉錄因子4是一種基本的螺旋環(huán)螺旋轉錄因子，TCF4作為“轉錄因子”基因，控制著至少數(shù)百個其他基因活動。如果從發(fā)育開始就被破壞，將導致許多系統(tǒng)發(fā)育異常。TCF4基因是導致皮特-霍普金斯綜合癥（R580W為突變熱點^[4]）、Fuchs內(nèi)皮性角膜營養(yǎng)不良、自閉癥和精神分裂癥的重要致病基因。

普通人TCF4基因2號內(nèi)含子內(nèi)CTG重復序列通常為10-37個重復單元，而當CTG重復序列擴增到50個重復單元，會導致Fuchs內(nèi)皮性角膜營養(yǎng)不良發(fā)生。

目前市場上并沒有模擬人體內(nèi)TCF4基因CTG重復機制導致疾病的人源化小鼠模型，為推動TCF4基因異常相關疾病的治療（如ASO和siRNA等基因療法），賽業(yè)生物自主研發(fā)了hTCF4全基因組人源化小鼠、hTCF4-n*(CTG)、hTCF4(R580W)等疾病模型小鼠。
 

其他重復序列致病相關模型

除ATXN3基因、TCF4基因相關模型外，賽業(yè)生物還自主研發(fā)了多個重復序列致病的動物模型，涉及疾病包括：DMPK基因CTG重復所導致的肌強直性營養(yǎng)不良癥、FXN基因GAA重復導致的弗里德賴希共濟失調(diào)、ATXN1基因CAG重復導致SCA1、HTT基因CAG重復導致的亨廷頓癥等。

HUGO-GT^TM全基因組人源化模型構建計劃

不僅是脊髓小腦共濟失調(diào)3型，針對視網(wǎng)膜色素變性（RP）、黃斑變性（AMD）、帕金森�。≒D）等多種疾病類型，如果要深入研究其致病機理，長片段甚至全基因組人源化小鼠是更好的選擇。但全基因組替換所需的技術難度高，大規(guī)模引入的外源序列可能會影響原本基因的表達調(diào)控。

賽業(yè)生物啟動了HUGO-GT^TM計劃，基于自主研發(fā)的TurboKnockout-Pro技術，對鼠源基因?qū)崿F(xiàn)原位替換，成功構建了涵蓋更豐富干預靶點的全基因組人源化小鼠。HUGO-GT^TM小鼠搭載了更高效的大片段載體融合技術，可以作為萬能模板進行針對性的突變定制服務，是更貼近真實世界生物機制的藥物臨床前研究模型。

注：HUGO-GT^TM即Humanized Genomic Ortholog for Gene Therapy
 

已完成驗證的HUGO-GT^TM全基因組人源化小鼠

即將推出的HUGO-GT^TM全基因組人源化小鼠

參考文獻：
[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.