綜述:剪接與否:神經系統疾病中的假外顯子及干預機會

《Current Opinion in Genetics & Development》:To splice or not to splice: pseudoexons in neurological disease and opportunities for intervention

【字體: 時間:2025年05月07日 來源:Current Opinion in Genetics & Development 3.7

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  這篇綜述聚焦神經系統疾病中假外顯子。闡述了前體 mRNA 剪接、剪接基序突變與疾病的關系,分析假外顯子的致病機制,介紹針對其的反義寡核苷酸(ASO)干預策略,探討了挑戰與機遇,為相關研究和治療提供參考。

  

引言


在人類遺傳疾病研究中,尋找致病突變時多關注編碼區突變。外顯子組分析雖能找到部分突變,但僅能為不到 60% 的患者提供答案。高達 30% 的疾病相關遺傳變異影響順式作用剪接基序,這些突變對剪接的影響因情況而異,還可能產生多種剪接變體,增加了致病性預測的難度。其中,激活假外顯子的突變尤其難以預測。攜帶假外顯子的轉錄本通常保留完整功能編碼序列,若能用剪接調節反義寡核苷酸(ASO)將假外顯子從成熟轉錄本中排除,有望生成正常功能的 mRNA,因此精準鑒定假外顯子突變可為靶向治療帶來機會。

前體 mRNA 剪接、剪接基序突變與疾病


多數人類基因含有內含子,轉錄后形成的前體 mRNA 需經過剪接過程,由剪接體去除內含子并連接外顯子?勺兗艚幽墚a生多種轉錄本變體,增加基因表達和調控的復雜性。除規范外顯子邊界外的剪接被稱為 “隱蔽” 剪接,它可能是低頻未知功能事件、調控機制,也可能是突變的結果。

外顯子選擇和前體 mRNA 剪接受順式元件影響,這些元件能被剪接因子識別和結合。突變若改變或創建剪接基序,會影響前體 mRNA 加工和轉錄本結構,可能產生非規范外顯子。根據其產生原因和功能,非規范外顯子可分為假外顯子、隱蔽外顯子和毒外顯子等。假外顯子通常由內含子深處的單核苷酸變異激活,其激活機制與轉錄調控機制相關,如毒外顯子和遞歸剪接。遞歸剪接可逐步去除大內含子,單核苷酸變異若影響遞歸剪接區域的剪接基序,可能導致序列被選作假外顯子。

假外顯子與發病機制


假外顯子激活難以預測,是一種未被充分報道的疾病機制。這是因為激活假外顯子的突變類型多樣,且內含子深處的變異常被常規基因組分析遺漏或無法確定其意義。此外,含假外顯子的轉錄本常觸發無義介導的 mRNA 衰變(NMD),增加了檢測難度。

目前,基因組和轉錄組聯合分析、新型計算工具、患者來源細胞模型等技術的應用,有助于揭示疾病機制。通過分析全基因組配對 DNA - RNA 測序,可發現內含子深處剪接突變熱點,并對其致病性進行分類。

假外顯子與干預機會


ASO 是設計用于靶向結合 RNA 并調節基因表達的短核酸類似物。雖有潛力克服假外顯子突變,但針對神經發育障礙相關假外顯子或隱蔽外顯子的 ASO 策略較少。

Yamada 等人開發的 ASO 可促進致病性 WDR45 假外顯子的跳躍,用于治療發育遲緩及進行性運動障礙患者。針對 PCCA 丙酸血癥患者的突變,也開發出能減少假外顯子包含并恢復酶活性的 ASO,且該 ASO 無需跨越血腦屏障(BBB),可通過肝臟給藥。

在四氫生物蝶呤缺乏癥患者中,發現 PTS 基因的剪接變體,相關 ASO 能排除假外顯子并挽救蛋白表達。Shah 等人報道,針對 FMR1 基因中導致脆性 X 綜合征的假外顯子的 ASO,可抑制剪接并增加 FMRP 水平,揭示了剪接與轉錄終止信號識別之間的新關系。

Stoke Therapeutics 公司的 STK - 001/Zorevunersen 2′ - MOE ASO 可減少 Dravet 綜合征相關毒外顯子的自然包含,增加 SCN1A 有效轉錄本水平,降低癲癇發作頻率,且該方法不依賴特定突變。

異常 mRNA 是神經退行性疾病的標志,TARDBP 突變會導致剪接嚴格性降低,增加隱蔽外顯子的包含,引起細胞應激和神經退行性變。針對 STMN2 基因隱蔽外顯子的 ASO(QRL - 201)可糾正剪接,目前正在進行 I 期臨床試驗。此外,針對 UNC13A 基因中與疾病風險相關的隱蔽外顯子的 ASO,可挽救 UNC13A 表達并恢復功能。

結論


假外顯子作為治療靶點,為中樞神經系統(CNS)疾病的 RNA 治療帶來機遇與挑戰。大腦具有獨特的基因表達模式和神經元特異性可變剪接事件,神經元等長壽命細胞對異;虮磉_敏感。ASO 可調節目標前體 mRNA,產生正常功能轉錄本,這是小分子或基因替代療法難以實現的。

目前已發現一些激活假外顯子的反復突變,針對這些突變開發的剪接糾正療法有望治療多名患者。如針對 COL6A1 基因和 TIMMDC1 基因相關突變的治療策略已取得一定成果。

然而,BBB 限制了核酸療法在 CNS 疾病中的應用,多數 ASO 無法通過 BBB,需采用鞘內注射等方式,但這種方式存在分子分布復雜等問題。此外,CNS 神經元再生能力有限,要求治療藥物毒性極低。同時,ASO 向靶細胞的遞送效率低、針對小群體定制 ASO 策略成本高,也阻礙了核酸療法的廣泛應用。不過,學術、非營利組織和特殊利益團體正在開展針對罕見病的 n-of-1 研究,相關監管指南也將推動 ASO 藥物在罕見病治療領域的發展。

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