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各類基因序列位點(diǎn)上不同基因所發(fā)生的熱點(diǎn)致病突變介紹

瀏覽次數(shù):582 發(fā)布日期:2023-12-20  來(lái)源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)

走進(jìn)「罕見(jiàn)病十宗罪」專欄,為你解密罕見(jiàn)疾病的發(fā)生發(fā)展機(jī)制、行業(yè)研究進(jìn)展(基因治療等)、推動(dòng)成果轉(zhuǎn)化的臨床前創(chuàng)新策略(模型構(gòu)建及藥物篩選等)。

基因突變是指基因在結(jié)構(gòu)上發(fā)生堿基對(duì)組成或排列順序的改變,它可以發(fā)生于編碼序列,也可發(fā)生在啟動(dòng)子、內(nèi)含子和剪切位點(diǎn)等非編碼序列,即哪里都可能踩中雷區(qū),觸發(fā)一系列的致病風(fēng)險(xiǎn)。本期讓我們來(lái)了解一下,在各類基因序列位點(diǎn)上,不同基因所發(fā)生的熱點(diǎn)致病突變。如:

  • ELP1內(nèi)含子點(diǎn)突變IVS20+6T>C,導(dǎo)致家族性自主神經(jīng)功能異常
  • DMPK基因3’非翻譯區(qū)不穩(wěn)定的CTG重復(fù)片段異常擴(kuò)增,引起強(qiáng)直性肌營(yíng)養(yǎng)不良
  • DUX4啟動(dòng)子附近區(qū)域甲基化異常,導(dǎo)致面肩肱型肌營(yíng)養(yǎng)不良癥

家族性自主神經(jīng)功能異常

家族性自主神經(jīng)失調(diào)綜合征(Familial dysautonomia syndrome, FD)是一種少見(jiàn)的家族性常染色體隱性遺傳病,主要以神經(jīng)功能障礙、特別是自主神經(jīng)失調(diào)為特征的一組臨床癥狀。該病又稱Riley-Day綜合征、家族性自主神經(jīng)功能不全癥、中樞性自主神經(jīng)不全綜合征等。

超過(guò)9%的FD個(gè)體的純合突變?yōu)镋LP1基因的20內(nèi)含子發(fā)生IVS20+6T>C突變,這種突變破壞了U1小核核糖核蛋白與內(nèi)含子20供體剪接位點(diǎn)的堿基配對(duì),導(dǎo)致外顯子20編碼序列的跳躍。該轉(zhuǎn)錄本的錯(cuò)誤剪接在轉(zhuǎn)錄本中引入了移碼,并且該mRNA的翻譯產(chǎn)生截短的79kDa蛋白質(zhì)[1-2]


使用小鼠模型研究改變?nèi)祟惣?xì)胞剪接過(guò)程是充滿挑戰(zhàn)的,因?yàn)閮烧呒艚舆^(guò)程不同[3],對(duì)于該內(nèi)含子點(diǎn)突變導(dǎo)致的疾病研究更是如此。已有文獻(xiàn)表明,純合敲除該基因會(huì)導(dǎo)致胚胎致死;而直接在野生型小鼠中表達(dá)帶有人源突變的基因,可能由于表達(dá)了正常水平的內(nèi)源性小鼠ELP1,故沒(méi)有明顯疾病表型[4-6]。為此,賽業(yè)生物自主研發(fā)了ELP1全基因組人源化小鼠,及在此基礎(chǔ)上構(gòu)建的熱門點(diǎn)突變?nèi)嗽椿膊∧P汀?/strong>
 

面肩肱型肌營(yíng)養(yǎng)不良癥

面肩肱型肌營(yíng)養(yǎng)不良癥(Facioscapulohumeral muscular dystrophy, FSHD)是最常見(jiàn)的肌營(yíng)養(yǎng)不良癥之一,為常染色體顯性遺傳。臨床表現(xiàn)為進(jìn)行性、不對(duì)稱性(或?qū)ΨQ性)的肌無(wú)力和肌萎縮,雖然病情進(jìn)展相對(duì)緩慢,但致殘率高,約20%患者需坐輪椅,嚴(yán)重影響生存質(zhì)量。

臨床上將FSHD分為兩種類型:FSHD1和FSHD2,盡管兩種類型的致病機(jī)制不同,但最終結(jié)果都是甲基化程度降低,導(dǎo)致DUX4(double homeo-box4)基因在骨骼肌中異常表達(dá)或DUX4蛋白功能異常[7]。DUX4是一種毒性轉(zhuǎn)錄因子,激活數(shù)百個(gè)下游基因,損害肌肉發(fā)育,激活免疫反應(yīng),增加氧化應(yīng)激敏感性,最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡途徑的激活。

目前,該疾病臨床前管線研究中多使用FLExDUX4小鼠[8],這是一種誘導(dǎo)模型,構(gòu)建復(fù)雜,早期的模型多使用AAV遞送DUX4構(gòu)建疾病模型[9]。為此,賽業(yè)生物自主研發(fā)了下一代AAV遞送DUX4構(gòu)建疾病模型,可以在幾周內(nèi)快速造模,用于疾病臨床前研究。
 

萎縮性肌強(qiáng)直

萎縮性肌強(qiáng)直亦稱“強(qiáng)直性肌營(yíng)養(yǎng)不良”(Myotonic dystrophies, DMs)是常染色體顯性遺傳罕見(jiàn)病,突變外顯率高,極易出現(xiàn)家族聚集現(xiàn)象,臨床異質(zhì)性高,以肌強(qiáng)直、肌無(wú)力、肌萎縮為主要特點(diǎn)。DMs分為強(qiáng)直性肌營(yíng)養(yǎng)不良Ⅰ型(Dystrophia myotonica 1, DM1)及強(qiáng)直性肌營(yíng)養(yǎng)不良Ⅱ型(Dystrophia myotonica2, DM2)兩個(gè)亞型,其中DM1占絕大多數(shù),由DMPK基因3’非翻譯區(qū)不穩(wěn)定的CTG重復(fù)片段異常擴(kuò)增引起[10]

正常人含5-37個(gè)CTG拷貝,DM1患者的拷貝數(shù)可擴(kuò)增至50到數(shù)千個(gè)不等。一般來(lái)講,當(dāng)CTG重復(fù)數(shù)大于37時(shí),就會(huì)變得不穩(wěn)定,容易在有絲分裂或減數(shù)分裂過(guò)程中擴(kuò)增。越來(lái)越多的證據(jù)表明突變的DMPK轉(zhuǎn)錄本阻滯在細(xì)胞核內(nèi),形成分散的聚集灶,通過(guò)影響維持細(xì)胞發(fā)育所需蛋白質(zhì)的正常功能產(chǎn)生毒性作用。當(dāng)前研究使用的疾病模型以DMPK轉(zhuǎn)基因(帶有多個(gè)CTG重復(fù))[11]和HSALR轉(zhuǎn)基因小鼠[12]為主,賽業(yè)生物自主構(gòu)建了這兩種轉(zhuǎn)基因模型,能為DM1臨床前研究提供更好的模型。

 

HUGO-GTTM全基因組人源化模型構(gòu)建計(jì)劃

不僅是上述提及的疾病,針對(duì)視網(wǎng)膜色素變性(RP)、黃斑變性(AMD)、帕金森病(PD)等多種疾病類型,如果要深入研究其致病機(jī)理,長(zhǎng)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(shù)難度高,大規(guī)模引入的外源序列可能會(huì)影響原本基因的表達(dá)調(diào)控。

為此,賽業(yè)生物啟動(dòng)了HUGO-GTTM計(jì)劃,基于自主研發(fā)的TurboKnockout-Pro技術(shù),對(duì)鼠源基因?qū)崿F(xiàn)原位替換,成功構(gòu)建了涵蓋更豐富干預(yù)靶點(diǎn)的全基因組人源化小鼠。HUGO-GTTM小鼠搭載了更高效的大片段載體融合技術(shù),可以作為萬(wàn)能模板進(jìn)行針對(duì)性的突變定制服務(wù),是更貼近真實(shí)世界生物機(jī)制的藥物臨床前研究模型。


注:HUGO-GTTM即Humanized Genomic Ortholog for Gene Therapy

精選模型推薦

更多推薦

參考文獻(xiàn):
[1]Carmel I , Tal S , Vig I ,et al.Comparative analysis detects dependencies among the 5′ splice-site positions[J].RNA, 2004, 10(5):828-840.DOI:10.1261/rna.5196404.

[2]Anderson S L , Coli R , Daly I W ,et al.Familial Dysautonomia Is Caused by Mutations of the IKAP Gene[J].The American Journal of Human Genetics, 2001, 68(3):753-758.DOI:10.1086/318808.

[3]Pan Q , Bakowski M A , Morris Q ,et al.Alternative splicing of conserved exons is frequently species-specific in human and mouse.[J].Trends in Genetics, 2005, 21(2):73-77.DOI:10.1016/j.tig.2004.12.004.

[4]Hims M M , Shetty R S , Pickel J ,et al.A humanized IKBKAP transgenic mouse models a tissue-specific human splicing defect.[J].Genomics, 2007, 90(3):389-396.DOI:10.1016/j.ygeno.2007.05.012.

[5]Chen Y T , Hims M M , Shetty R S ,et al.Loss of Mouse Ikbkap, a Subunit of Elongator, Leads to Transcriptional Deficits and Embryonic Lethality That Can Be Rescued by Human IKBKAP[J].Molecular and Cellular Biology, 2009, 29(3):736-744.DOI:10.1128/MCB.01313-08.

[6]Dietrich P , Yue J , Shuyu E ,et al.Deletion of Exon 20 of the Familial Dysautonomia Gene Ikbkap in Mice Causes Developmental Delay, Cardiovascular Defects, and Early Embryonic Lethality[J].Plos One, 2011, 6(10):e27015.DOI:10.1371/journal.pone.0027015.

[7]Ansseau Eugénie,Vanderplanck Céline, Armelle W ,et al.Antisense Oligonucleotides Used to Target the DUX4 mRNA as Therapeutic Approaches in FaciosScapuloHumeral Muscular Dystrophy (FSHD)[J].Genes, 2017, 8(3):93.DOI:10.3390/genes8030093.

[8]Lim K R Q , Maruyama R , Echigoya Y ,et al.Inhibition of DUX4 expression with antisense LNA gapmers as a therapy for facioscapulohumeral muscular dystrophy (vol 117, pg 16509, 2020)[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the UnitedStates of America.  2020(35):117.

[9]Ba L M W , Garwick S E , Mei W ,et al.DUX4, a candidate gene for facioscapulohumeral muscular dystrophy, causes p53-dependent myopathy in vivo.[J].Annals of Neurology, 2011, 69(3):540-552.DOI:10.1002/ana.22275.

[10]Yin Q , Wang H , Li N ,et al.Dosage effect of multiple genes accounts for multisystem disorder of myotonic dystrophy type 1[J].Cell Research, 2019, 30(2):1-13.DOI:10.1038/s41422-019-0264-2.

[11]Mahadevan M S , Yadava R S , Yu Q ,et al.Reversible model of RNA toxicity and cardiac conduction defects in myotonic dystrophy.[J].Nature Genetics, 2006, 38(9):1066.DOI:10.1038/ng1857.

[12]Mankodi A, Logigian E, Callahan L, McClain C, White R, Henderson D, Krym M, Thornton CA. Myotonic dystrophy in transgenic mice expressing an expanded CUG repeat. Science. 2000 Sep 8;289(5485):1769-73. doi: 10.1126/science.289.5485.1769. PMID: 10976074.

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