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人源化模型是块砖,哪里需要哪里搬?来了解各类位点突变致病研究【罕见病十宗罪8】

走进「罕见病十宗罪」专栏,为你解密罕见疾病的发生发展机制、行业研究进展(基因治疗等)、推动成果转化的临床前创新策略(模型构建及药物筛选等)。

 

基因突变是指基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序的改变,它可以发生于编码序列,也可发生在启动子、内含子和剪切位点等非编码序列,即哪里都可能踩中雷区,触发一系列的致病风险。本期让我们来了解一下,在各类基因序列位点上,不同基因所发生的热点致病突变。如:

 

  • ELP1内含子点突变IVS20+6T>C,导致家族性自主神经功能异常
  • DMPK基因3’非翻译区不稳定的CTG重复片段异常扩增,引起强直性肌营养不良
  • DUX4启动子附近区域甲基化异常,导致面肩肱型肌营养不良症

 

家族性自主神经功能异常

家族性自主神经失调综合征(Familial dysautonomia syndrome, FD)是一种少见的家族性常染色体隐性遗传病,主要以神经功能障碍、特别是自主神经失调为特征的一组临床症状。该病又称Riley-Day综合征、家族性自主神经功能不全症、中枢性自主神经不全综合征等。

 

超过9%的FD个体的纯合突变为ELP1基因的20内含子发生IVS20+6T>C突变,这种突变破坏了U1小核核糖核蛋白与内含子20供体剪接位点的碱基配对,导致外显子20编码序列的跳跃。该转录本的错误剪接在转录本中引入了移码,并且该mRNA的翻译产生截短的79kDa蛋白质[1-2]

 

使用小鼠模型研究改变人类细胞剪接过程是充满挑战的,因为两者剪接过程不同[3],对于该内含子点突变导致的疾病研究更是如此。已有文献表明,纯合敲除该基因会导致胚胎致死;而直接在野生型小鼠中表达带有人源突变的基因,可能由于表达了正常水平的内源性小鼠ELP1,故没有明显疾病表型[4-6]。为此,赛业生物自主研发了ELP1全基因组人源化小鼠,及在此基础上构建的热门点突变人源化疾病模型。

 

面肩肱型肌营养不良症

面肩肱型肌营养不良症(Facioscapulohumeral muscular dystrophy, FSHD)是最常见的肌营养不良症之一,为常染色体显性遗传。临床表现为进行性、不对称性(或对称性)的肌无力和肌萎缩,虽然病情进展相对缓慢,但致残率高,约20%患者需坐轮椅,严重影响生存质量。

 

临床上将FSHD分为两种类型:FSHD1和FSHD2,尽管两种类型的致病机制不同,但最终结果都是甲基化程度降低,导致DUX4(double homeo-box4)基因在骨骼肌中异常表达或DUX4蛋白功能异常[7]。DUX4是一种毒性转录因子,激活数百个下游基因,损害肌肉发育,激活免疫反应,增加氧化应激敏感性,最终导致细胞死亡途径的激活。

 

目前,该疾病临床前管线研究中多使用FLExDUX4小鼠[8],这是一种诱导模型,构建复杂,早期的模型多使用AAV递送DUX4构建疾病模型[9]。为此,赛业生物自主研发了下一代AAV递送DUX4构建疾病模型,可以在几周内快速造模,用于疾病临床前研究。(点击【阅读原文】可联系我们咨询)

 

萎缩性肌强直

萎缩性肌强直亦称“强直性肌营养不良”(Myotonic dystrophies, DMs)是常染色体显性遗传罕见病,突变外显率高,极易出现家族聚集现象,临床异质性高,以肌强直、肌无力、肌萎缩为主要特点。DMs分为强直性肌营养不良Ⅰ型(Dystrophia myotonica 1, DM1)及强直性肌营养不良Ⅱ型(Dystrophia myotonica2, DM2)两个亚型,其中DM1占绝大多数,由DMPK基因3’非翻译区不稳定的CTG重复片段异常扩增引起[10]

 

正常人含5-37个CTG拷贝,DM1患者的拷贝数可扩增至50到数千个不等。一般来讲,当CTG重复数大于37时,就会变得不稳定,容易在有丝分裂或减数分裂过程中扩增。越来越多的证据表明突变的DMPK转录本阻滞在细胞核内,形成分散的聚集灶,通过影响维持细胞发育所需蛋白质的正常功能产生毒性作用。当前研究使用的疾病模型以DMPK转基因(带有多个CTG重复)[11]和HSALR转基因小鼠[12]为主,赛业生物自主构建了这两种转基因模型,能为DM1临床前研究提供更好的模型。

 

HUGO-GTTM全基因组人源化模型构建计划

不仅是上述提及的疾病,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。

 

为此,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。

 

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

 

精选模型推荐

产品编号

产品名称

品系背景

应用方向

C001396

B6J-hRHO

C57BL/6J

视网膜色素变性(RP)、先天性静止性夜盲症(CSNB)及其它视网膜疾病

C001495

B6-hRHO-P23H

C57BL/6J

视网膜色素变性(RP)、先天性静止性夜盲症(CSNB)及其它视网膜疾病研究

C001410

B6-htau

C57BL/6J

额颞叶痴呆(FTD)、阿尔兹海默症(AD)及其它神经退行性疾病

C001418

B6-hTARDBP

C57BL/6J

肌萎缩侧索硬化症(ALS)、额颞叶痴呆(FTD)及其它神经退行性疾病

C001427

B6-hSNCA

C57BL/6N

帕金森病

C001428

B6-hCOL7A1

C57BL/6N

大疱性表皮松解症

C001437

B6-hIGHMBP2

C57BL/6N

脊髓性肌萎缩症伴呼吸窘迫I型(SMARD1)及腓骨肌萎缩症2S型(CMT2S)

C001504

B6-hSMN2(SMA)

C57BL/6N

脊髓性肌萎缩症(SMA)

I001128

B6-hMECP2

C57BL/6N

雷特综合征(RTT)

I001124

B6-hLMNA

C57BL/6N

早衰综合征(HGPS)

 

更多推荐

疾病类型

疾病名称

打靶基因

打靶方式

眼科

先天性黑曚症(LCA)10型

CEP290

Humanization

(WT、Mut)

黄斑变性(AMD)

VEGFA

Humanization

ABCA4

Humanization

(WT、Mut)

神经

肌萎缩侧索硬化(ALS)

SOD1

Humanization

FUS

Humanization

(WT、Mut)

脊髓小脑性共济失调(SCAs)

ATXN3

Humanization

(WT、Mut)、TG

家族性自主神经功能异常(FD)

ELP1

Humanization

(WT、Mut)

肌肉

杜氏肌营养不良症(DMD)

DMD

Humanization

(WT、Mut、KO)

脊髓性肌萎缩(SMA)

SMN1

Humanization

代谢

动脉粥样硬化(AS)

APOE2

Humanization

APOE3

Humanization

APOE4

Humanization

血液

血友病A(HA)

F8

Humanization

(WT、Mut)

其他

转甲状腺素蛋白淀粉样变性(ATTR)

TTR

Humanization

(WT、Mut)、TG

 

参考文献:

[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 United States 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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