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人源化小鼠在重复序列疾病研究中的应用：ATXN3与TCF4
DNA重复序列异常扩增与多种遗传性疾病相关。本文以ATXN3基因CAG重复和TCF4基因CTG重复为例，介绍相关致病机制、人源化小鼠及疾病模型，并梳理其他重复序列致病相关模型与HUGO-GT模型构建思路。
罕见病十宗罪本期我们要关注的是一类由DNA重复序列导致的疾病。DNA重复序列在人类基因组中很是常见，尤其是基因及其调控区域内，且重复序列还可以通过转录和翻译等过程产生mRNA和蛋白质层面上的差异。这些重复组已被看做一种进化机制，但同时，它们也可能与人类的遗传性疾病和癌症相关[1]。
DNA重复组引发的疾病包括：ATXN3基因上的CAG序列重复导致脊髓小脑性共济失调3型（SCA3）、TCF4基因CTG重复导致Fuchs内皮性角膜营养不良等。接下来，我们就从致病机理及疾病模型方面来认识这类疾病及其相关临床前研究。
一、ATXN3基因CAG重复与SCA3相关小鼠模型
ATXN3基因CAG重复的致病机制
脊髓小脑性共济失调（Spinocerebellarataxia, SCAs）是一组以慢性进行性共济失调为特征的遗传性疾病，目前已发现的致病基因达数十种，多呈常染色体显性，中国较常见的SCA亚型为脊髓小脑性共济失调3型，也称马查多-约瑟夫病（Machado-Joseph, MJD）。
该病的致病基因为ATXN3，ATXN3基因编码的蛋白为ataxin-3蛋白，该基因10号外显子区的(CAG)n重复序列可发生异常扩增突变，导致编码产物多聚谷氨酰胺在神经组织内异常聚集，进而引发大脑中的神经细胞和传递信息的神经纤维损伤。正常人的CAG重复数范围为10-44次，而SCA3患者则高达61-87次。通常情况下，疾病严重程度与CAG重复的次数相关，CAG重复次数越多，疾病的严重程度越高，发病越早[2]。
SCA3研究中的转基因与人源化小鼠模型
在SCA3临床前研究方面，较为常见的疾病模型是MJD84.2转基因小鼠(SCA3-YAC-84Q)[3]。为提高药物开发成功率，赛业生物自主研发了hATXN3全基因组人源化小鼠及相似的SCA3-YAC-84Q模型。
ATXN3人源化小鼠与SCA3转基因模型：构建方式需要分别核对
原文同时提到hATXN3人源化小鼠与SCA3-YAC-84Q转基因模型，开展SCA3小鼠模型研究时，应分别查看其构建方案。B6-hATXN3（C001398）官方资料列明：在小鼠Atxn3同源位点进行人源序列替换，替换区域覆盖起始密码子至11号外显子下游，并包含3′UTR区域。该信息有助于核查候选方案涉及的人源序列是否落在模型覆盖范围内。[5]
因此，比较ATXN3人源化小鼠与转基因小鼠时，建议逐项确认整合位点、序列覆盖范围和实际重复次数，并结合对应品系的表达及表型资料判断适用性。人源化构建方式本身不能作为“已经携带致病性CAG扩增”的证明；原文中的模型名称及重复次数仍应按各自品系资料核对。
二、TCF4基因CTG重复与相关人源化小鼠模型
TCF4相关疾病与CTG重复机制
TCF4基因编码的转录因子4是一种基本的螺旋环螺旋转录因子，TCF4作为“转录因子”基因，控制着至少数百个其他基因活动。如果从发育开始就被破坏，将导致许多系统发育异常。TCF4基因是导致皮特-霍普金斯综合症（R580W为突变热点[4]）、Fuchs内皮性角膜营养不良、自闭症和精神分裂症的重要致病基因。普通人TCF4基因2号内含子内CTG重复序列通常为10-37个重复单元，而当CTG重复序列扩增到50个重复单元，会导致Fuchs内皮性角膜营养不良发生。
hTCF4人源化及相关疾病模型
目前市场上并没有模拟人体内TCF4基因CTG重复机制导致疾病的人源化小鼠模型，为推动TCF4基因异常相关疾病的治疗（如ASO和siRNA等基因疗法），赛业生物自主研发了hTCF4全基因组人源化小鼠、hTCF4-n*(CTG)、hTCF4(R580W)等疾病模型小鼠。
TCF4人源化小鼠研究：为什么还要关注RNA与剪接变化？
原文从TCF4基因CTG重复引出Fuchs内皮性角膜营养不良。相关原始研究在患者角膜内皮组织及研究模型中观察了RNA聚集与异常剪接，并提出重复序列相关RNA毒性参与疾病机制。这为理解非编码区域重复扩增提供了补充视角。[6]
据此，在评估TCF4 CTG重复相关疾病模型方案时，可进一步核查模型是否包含目标重复区域、相关转录本以及拟研究的扩增状态，并根据研究问题考虑RNA聚集和剪接等检测方向。这些属于基于机制的评估建议，不代表原文所列hTCF4模型均已完成上述验证；实际检测资料需逐个品系确认。
三、其他重复序列致病相关小鼠模型
除ATXN3基因、TCF4基因相关模型外，赛业生物还自主研发了多个重复序列致病的动物模型，涉及疾病包括：DMPK基因CTG重复所导致的肌强直性营养不良症、FXN基因GAA重复导致的弗里德赖希共济失调、ATXN1基因CAG重复导致SCA1、HTT基因CAG重复导致的亨廷顿症等。
| 基因 | 疾病 | 重复序列 |
|---|---|---|
| ATXN3 | 脊髓小脑共济失调3型 | CAG |
| TCF4 | Fuchs内皮性角膜营养不良 | CTG |
| DMPK | 强直性肌萎缩症 | CTG |
| FXN | 弗里德赖希共济失调 | GAA |
| ATXN1 | 脊髓小脑共济失调1型 | CAG |
| HTT | 亨廷顿症 | CAG |
四、HUGO-GT全基因组人源化模型构建计划
不仅是上述提及的脊髓小脑共济失调3型，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。
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，欢迎联系400-680-8038。
五、重复序列相关疾病小鼠模型：方案评估需要确认哪些信息？
结合原文的ATXN3、TCF4及其他重复序列相关模型，以下信息可作为与模型供应方沟通的清单。它用于整理研究需求，不对具体品系的表型或药效作预设判断。
| 研究关注点 | 建议确认的信息 | 与原文内容的关系 |
|---|---|---|
| 基因与重复序列 | 明确目标基因、重复单元及实际重复次数 | 原文分别列举CAG、CTG、GAA及其相关疾病 |
| 人源化覆盖范围 | 查看替换区域是否包含拟研究的编码区、内含子或UTR | 衔接ATXN3、TCF4与HUGO-GT模型介绍 |
| 研究机制与检测 | 按研究问题核查表达、重复扩增状态及相关分子或疾病表型资料 | 衔接原文致病机制与模型应用，具体指标需按品系确定 |
| 候选干预方案 | 对于序列依赖方案，核对目标序列与模型序列的匹配情况 | 衔接原文ASO、siRNA及基因治疗研究背景 |
相关模型资源
| 模型名称 | 产品编号 | 资料入口 |
|---|---|---|
| B6-hATXN3小鼠 | C001398 | 查看B6-hATXN3小鼠详情 |
推荐资料与延伸阅读
| 推荐入口 | 链接 | 推荐理由 |
|---|---|---|
| HUGO-GT模型平台 | HUGO-GT全基因组人源化模型 | 了解人源化模型平台与相关资源 |
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关于 iCyagen 科研 AI 平台
围绕本文涉及的基因、疾病及模型信息，可访问iCyagen 科研 AI 平台作为前期资料梳理的辅助入口。具体模型方案可通过动物模型定制服务进一步沟通。
正在开展ATXN3、TCF4或其他重复序列相关疾病研究？可联系赛业生物，沟通人源化小鼠与突变模型需求。
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FAQ
本文介绍了哪些重复序列相关疾病模型？
本文重点介绍ATXN3与TCF4相关模型，并列举DMPK、FXN、ATXN1、HTT相关的重复序列致病模型。
哪里可以进一步了解hATXN3人源化小鼠？
可查看B6-hATXN3小鼠产品详情及本文推荐的SCA3研究模型文章。
如何沟通人源化小鼠及突变模型需求？
可通过动物模型定制服务沟通目标基因、研究位点及实验目的。
ATXN3人源化小鼠是否等同于SCA3-YAC-84Q模型？
不能仅按基因名称将二者等同。原文分别提到人源化模型与转基因模型，实际选用时应核对构建方式、序列覆盖、重复次数及对应验证资料。
TCF4 CTG重复模型为什么需要核查重复区域与转录本？
原文讨论的是TCF4重复序列相关疾病，因此模型是否包含目标区域及其转录背景，直接关系到拟研究的问题能否在该模型中考察。RNA聚集与异常剪接可作为机制研究的参考方向，但不应据此推定某一品系已有这些表型。[6]
参考文献
[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.
[3] Cemal C K , Carroll C J , Lorraine L ,et al.YAC transgenic mice carrying pathological alleles of the MJD1 locus exhibit a mild and slowly progressive cerebellar deficit[J].Human Molecular Genetics, 2002(9):1075-1094.DOI:10.1093/hmg/11.9.1075.
[4] Thaxton,Courtney,Kloth,et al.Common Pathophysiology in Multiple Mouse Models of Pitt-Hopkins Syndrome[J].Journal of Neuroscience the Official Journal of the Society for Neuroscience, 2018.
[5] 赛业生物. B6-hATXN3小鼠（C001398）：品系介绍与构建方案. 查看来源
[6] Du J, et al. RNA toxicity and missplicing in the common eye disease Fuchs endothelial corneal dystrophy. J Biol Chem. 2015;290(10):5979–5990. 查看来源
[7] 赛业生物. HUGO-GT全基因组人源化模型：适用场景与序列覆盖说明. 查看来源
