人源化小鼠模型在DNA重復(fù)序列致病中的應(yīng)用

走進(jìn)「罕見病十宗罪」專欄，為你解密罕見疾病的發(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）。往期回顧：
 

本期我們要關(guān)注的是一類由DNA重復(fù)序列導(dǎo)致的疾病。DNA重復(fù)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(fù)序列還可以通過轉(zhuǎn)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(fù)組已被看做一種進(jìn)化機(jī)制，但同時，它們也可能與人類的遺傳性疾病和癌癥相關(guān)^[1]。

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

ATXN3基因CAG重復(fù)導(dǎo)致脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)3型

脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)（Spinocerebellarataxia, SCAs）是一組以慢性進(jìn)行性共濟(jì)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(dá)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(jì)失調(diào)3型，也稱馬查多-約瑟夫�。∕achado-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(fù)序列可發(fā)生異常擴(kuò)增突變，導(dǎo)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(jìn)而引發(fā)大腦中的神經(jīng)細(xì)胞和傳遞信息的神經(jīng)纖維損傷。正常人的CAG重復(fù)數(shù)范圍為10-44次，而SCA3患者則高達(dá)61-87次。通常情況下，疾病嚴(yán)重程度與CAG重復(fù)的次數(shù)相關(guān)，CAG重復(fù)次數(shù)越多，疾病的嚴(yán)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(zhuǎn)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(fù)導(dǎo)致Fuchs內(nèi)皮性角膜營養(yǎng)不良

TCF4基因編碼的轉(zhuǎn)錄因子4是一種基本的螺旋環(huán)螺旋轉(zhuǎn)錄因子，TCF4作為“轉(zhuǎn)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(dǎo)致許多系統(tǒng)發(fā)育異常。TCF4基因是導(dǎo)致皮特-霍普金斯綜合癥（R580W為突變熱點(diǎn)^[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(fù)序列通常為10-37個重復(fù)單元，而當(dāng)CTG重復(fù)序列擴(kuò)增到50個重復(fù)單元，會導(dǎo)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(fù)機(jī)制導(dǎo)致疾病的人源化小鼠模型，為推動TCF4基因異常相關(guān)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(fù)序列致病相關(guān)模型

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

HUGO-GT^TM全基因組人源化模型構(gòu)建計劃

不僅是脊髓小腦共濟(jì)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(jī)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(shù)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(dá)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(shù)，對鼠源基因?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-GT^TM小鼠搭載了更高效的大片段載體融合技術(shù)，可以作為萬能模板進(jìn)行針對性的突變定制服務(wù)，是更貼近真實世界生物機(jī)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(xiàn)：
[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.