脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)4型（SCA4）是一種罕見的晚發(fā)性神經(jīng)系統(tǒng)疾病。對(duì)于大多數(shù)患者來說，第一個(gè)跡象是平衡和行走變得困難。隨著時(shí)間的推移，情況可能會(huì)變得更糟。癥狀通常在患者四五十歲時(shí)開始，目前尚無治療方法。而且，致病原因也未知。

在長讀長測(cè)序技術(shù)的幫助下，美國猶他大學(xué)和德國圖賓根大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)近日確定了與SCA4相關(guān)的重復(fù)擴(kuò)增，為未來的治療打開了大門。這項(xiàng)成果于4月29日發(fā)表在《Nature Genetics》雜志上。

共同通訊作者、猶他大學(xué)醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)病學(xué)系主任Stefan Pulst表示：“如果想真正改善遺傳病患者的生活，唯一的辦法是找出致病原因。”

在尋找罪魁禍?zhǔn)椎倪^程中，研究人員對(duì)15個(gè)猶他州核心家庭的擴(kuò)展家庭成員進(jìn)行靶向的長讀長測(cè)序和生物信息學(xué)分析，以評(píng)估16號(hào)染色體上的區(qū)域，該區(qū)域是在1990年代通過連鎖分析與SCA4相關(guān)聯(lián)的。

他們利用Pacific Biosciences的HiFi測(cè)序技術(shù)和Oxford Nanopore Technologies的納米孔測(cè)序技術(shù)，在編碼多聚甘氨酸（polyG）的ZFHX3基因中發(fā)現(xiàn)了與SCA4有關(guān)的GGC重復(fù)擴(kuò)增。與正常個(gè)體中存在21個(gè)重復(fù)不同，SCA4患者的重復(fù)拷貝超過40個(gè)。

在篩選了近6500個(gè)基因組序列數(shù)據(jù)集后，研究人員又從德國呂貝克、慕尼黑和圖賓根的家庭中發(fā)現(xiàn)了7名攜帶相同重復(fù)擴(kuò)增的患病個(gè)體。重復(fù)擴(kuò)增附近的超稀有DNA變異表明，共同的奠基者事件發(fā)生在瑞典。

在SCA4的成纖維細(xì)胞模型和SCA4患者的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（均含有ZFHX3重復(fù)擴(kuò)增）中，研究人員發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照細(xì)胞相比，ZFHX3蛋白水平和polyG聚集物顯著上升，而通常用于回收蛋白質(zhì)的自噬過程下降。

這些結(jié)果得到了抗體染色分析的支持。在SCA4大腦切片中，神經(jīng)元核內(nèi)包涵體涉及到ZFHX3、p62和泛素蛋白的聚集。研究人員指出，磁共振成像數(shù)據(jù)突出了ZFHX3擴(kuò)增長度與SCA4發(fā)病年齡之間的進(jìn)一步關(guān)聯(lián)。

“這種突變是一種毒性的擴(kuò)增重復(fù)，我們認(rèn)為它實(shí)際上干擾了細(xì)胞對(duì)未折疊或折疊錯(cuò)誤蛋白質(zhì)的處理，”Pulst解釋說。“我們?nèi)缃窨梢栽诙鄠�(gè)層面上消除這種突變的潛在影響。”

由于這種疾病機(jī)理類似于脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)2型中出現(xiàn)的蛋白回收問題，作者指出，采用類似的治療方案可能會(huì)帶來益處。這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)也讓患病家庭中的個(gè)體能夠進(jìn)行基因檢測(cè)，以便他們了解自己患上SCA4的風(fēng)險(xiǎn)。

“我們的研究強(qiáng)調(diào)了在富含G+C的基因組區(qū)域鑒定遺傳變異（包括新型重復(fù)擴(kuò)增）的重要性，這可能解釋了神經(jīng)退行性疾病的部分原因，”作者寫道。

“這個(gè)區(qū)域內(nèi)的編碼GGC重復(fù)擴(kuò)增無法被短讀長外顯子組測(cè)序檢測(cè)到，這證明了長讀長基因組測(cè)序發(fā)現(xiàn)變異的能力。”