Nat Genet | 利用CRISPR-Cas9技术揭示亨廷顿病CAG重复扩增的遗传调控机制

撰文 | Qi

亨廷顿病 （Huntington's Disease, HD） 是一种遗传性神经退行性疾病，由HTT基因中的CAG三核苷酸重复扩增引起，其重复次数是决定疾病发病年龄的主要因素，次数越多发病越早【1-3】。因此，理解CAG重复扩增的机制并找到能够减缓这一过程的遗传修饰因子，对于开发疾病修饰疗法具有重要意义。

近日，来自美国麻省综合医院 （MGH） 的Vanessa C. Wheeler团队等在Nature Genetics杂志上合作发表了一篇题为In vivo CRISPR–Cas9 genome editing in mice identifies genetic modifiers of somatic CAG repeat instability in Huntington’s disease的文章，他们利用CRISPR-Cas9技术，在亨廷顿病小鼠模型中进行大规模的基因编辑，系统地筛选了影响CAG重复扩展的遗传修饰因子，不仅验证了已知的修饰基因，还发现了多个新的修饰因子，揭示了它们之间的遗传相互作用。这些发现为理解CAG重复扩增的分子机制提供了新的见解，并为未来的治疗策略提供了潜在靶点。

为了筛选影响CAG重复扩增的遗传修饰因子，该团队构建了一个基于CRISPR-Cas9的体内基因编辑平台，利用腺相关病毒 （AAV） 递送sgRNA，在组成型表达Cas9的亨廷顿病小鼠模型中进行基因编辑，高效敲除目标基因并观察其对CAG重复扩增的影响。该团队首先针对已知的CAG重复扩增修饰基因进行编辑以验证该平台的可靠性，如敲除Msh2、Msh3、Mlh1和Mlh3能显著抑制了CAG重复扩增，而敲除Fan1则增强扩增，随后筛选了大量与CAG重复扩增相关的候选基因，发现敲除Pms1、Pold1和Pold3显著抑制了CAG重复扩增，而敲除Pms2、Msh6和Hmgb1则相反。由于CAG重复在脑中的扩增对亨廷顿病的发病至关重要，该团队研究了上述新鉴定的修饰基因在纹状体中的作用。结果显示，纹状体中的CAG重复扩增与肝脏中的结果基本一致，但某些基因 （如靶向Pms2） 在纹状体中的扩增增强效应更为显著，表明这些基因的作用具有组织特异性。

为了确认这些修饰基因之间是否存在相互作用，该团队进行了双基因敲除实验。之前研究指出Fan1的扩增抑制效应依赖于Mlh1【4】，在两种抑制因子的组合中，靶向Fan1 + Pms2导致表型与Fan1单独敲除无法区分，而靶向Fan1 + Msh6或Pms2 + Msh6则降低了各自的Fan1或Pms2敲除的影响，表明抑制因子之间存在复杂的相互作用。因此，该平台提供了一种高效的筛选和鉴定新的扩增修饰基因及其相互作用的手段。

综上，这项工作利用CRISPR-Cas9技术，系统地筛选了影响亨廷顿病CAG重复扩增的遗传修饰因子，并揭示了这些基因之间的复杂相互作用，为理解CAG重复扩增的分子机制提供了新的见解，并为未来的治疗策略提供了潜在靶点。

https://doi.org/10.1038/s41588-024-02054-5

制版人：十一

参考文献

1. The Huntington’s Disease Collaborative Research Group A novel gene containing a trinucleotide repeat that is expanded and unstable on Huntington’s disease chromosomes.Cell72, 971–983(1993).

2. Swami, M. et al. Somatic expansion of the Huntington’s disease CAG repeat in the brain is associated with an earlier age of disease onset.Hum. Mol. Genet.18, 3039–3047 (2009).

3. Ciosi, M. et al. A genetic association study of glutamine-encoding DNA sequence structures, somatic CAG expansion, and DNA repair gene variants, with Huntington disease clinical outcomes.EBioMedicine48, 568–580 (2019).

4. Loupe, J. M. et al. Promotion of somatic CAG repeat expansion by Fan1 knock-out in Huntington’s disease knock-in mice is blocked by Mlh1 knock-out.Hum. Mol. Genet.29, 3044–3053 (2020).

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