Polr3a-KO 基因敲除小鼠

POLR3A，也称为RNA聚合酶III（Pol III）的最大亚基，是细胞中负责合成小核RNA（snRNA）和转运RNA（tRNA）的酶复合物的重要组成部分。Pol III对于细胞内的蛋白质合成和基因表达调控至关重要。POLR3A基因突变会导致多种神经系统疾病，包括POLR3相关脑白质营养不良（POLR3-HLD），这是一种罕见的遗传性疾病，特征是脑白质的髓鞘形成缺陷。POLR3-HLD通常表现为发育迟缓、智力障碍、肌张力减退、共济失调和眼球震颤等症状。该疾病的临床表型可以从轻微到严重不等，取决于突变的具体类型和位置。POLR3A突变引起的疾病还包括4H综合征，这是一种以脑白质营养不良、牙齿发育不良和性腺功能减退为特征的综合征。

Wolf等人[1]进行了一项跨国横断面观察研究，对105例经突变证实的4H综合征病例的临床、影像学和分子特征进行了分析。研究发现，大多数患者在大约6岁前出现运动发育迟缓或倒退，10%的患者在10岁以后出现症状。与POLR3A突变相比，POLR3B突变的患者病情较轻。除典型的神经、牙齿和内分泌特征外，几乎所有患者都有近视，50%的患者有身材矮小。牙科和激素检查结果并不总是存在。POLR3A和POLR3B突变遍布整个基因。除了法裔加拿大患者外，来自欧洲背景的患者比其他人群更有可能患有POLR3B突变。大多数患者携带常见的c.1568T>A POLR3B突变，纯合子状态会导致轻度表型。系统性的MRI审查发现，脑白质营养不良与腹外侧丘脑、视辐射、苍白球和齿状核的相对T2低信号强度、小脑萎缩和胼胝体变薄相结合，提示诊断。如果所有特征都存在，4H综合征是一种易于识别的临床实体。POLR3A突变与更严重的临床病程相关。MRI特征有助于解决诊断，尤其是当患者缺乏非神经学特征时。

Musumeci等人[2]在意大利西西里岛的一个队列中检测到了两名患有POLR3相关脑白质营养不良的患者，其中一名患者的POLR3A基因存在复合杂合突变，包括一个以前未描述的错义突变（c.328A>G（p.Lys110Glu））。这项研究使用了一个包含41个已知脑白质营养不良基因的自制NGS基因面板。随后，使用一个预测测试支持错义突变为致病性，因此这种突变可以被认为是“可能致病性”，并且可以作为一种新的POLR3A基因致病性突变，导致POLR3-HLD的严重形式。

Yoon等人[3]报告了韩国首例由双等位基因POLR3A c.1771-6C>G和新型c.1650_1661del突变引起的POLR3相关脑白质营养不良。一名18个月大的女孩因全身痉挛性瘫痪的癫痫样活动而被收治。她有牙齿异常，但没有可疑的面部畸形。她处于卧床不起的状态，有严重的认知障碍，并且有持续1-2分钟的肌张力障碍姿势发作。进行了三重外显子测序（ES）以确定在受试者中严重的发育迟缓和脑白质营养不良的潜在遗传原因。三重ES显示，双等位基因POLR3A有害变异，外显子13中的c.1650_1661del和内含子13中的c.1771-6C>G，是导致脑白质营养不良POLR3相关的最佳候选者。Sanger测序证实了这些POLR3A有害变异的遗传起源是常染色体隐性遗传。这项报告为双等位基因POLR3A变异引起的脑白质营养不良POLR3相关性的表型连续性提供了额外的证据。需要进一步进行遗传学研究，以了解不同POLR3A变异的潜在表型效应。

Yang等人[4]在一项研究中，一位18岁的女性因从儿童时期就没有月经而入院。她逐渐出现了轻微的症状，如喝水后窒息和过去两年中步态不稳。此外，她的测试成绩和反应能力远低于同龄人。体格检查显示她身材略矮，表情僵硬，双侧乳房增大。在共济失调检查中，她表现出笨拙的动作，SARA评分为9。实验室数据显示雌二醇、FSH和LH水平下降，MoCA评分为7。常规核型分析显示为46 XX 9qh+核型。超声检查显示原始子宫（19×11×10 mm）。脑MRI显示双侧大脑半球髓鞘形成不良、脑萎缩、胼胝体变薄和小垂体腺，强化不均匀，脑室扩大。外显子测序显示POLR3A基因存在两个错义突变（c.3013C>T和c.1757C>T），分别从她的母亲和父亲那里遗传。总的来说，我们鉴定了POLR3A基因的新型复合杂合突变，导致患者出现POLR3相关脑白质营养不良伴性腺功能减退，结合临床表现、MRI脑模式和医学外显子测序。临床表型的复杂性和基因型的异质性为遗传诊断提出了新的挑战。这项研究将有助于我们进一步了解POLR3相关脑白质营养不良，并促进相关疾病表型-基因型相关性的进一步分析。

Liu等人[5]的研究表明，RNA聚合酶III在通过同源重组修复DNA双链断裂中起着重要作用。在HR和HR介导的DNA双链断裂（DSBs）修复中，5'链的末端切除会从DSBs的5'链中去除数千个碱基，但3'链免受降解。3'突出端的保护机制尚未确定。研究发现，3'突出端的保护是通过RNA-DNA杂合物的短暂形成来实现的。杂合物中的DNA链是3' ssDNA突出端，而RNA链是新生成的。RNA聚合酶III（RNAPIII）负责合成RNA链。此外，RNAPIII被MRN复合物积极地招募到DSBs。CtIP和MRN核酸酶活性对于在DSBs上启动RNAPIII介导的RNA合成是必需的。RNAPIII水平的降低抑制了HR，而遗传丧失>30 bp增加了DSBs的数量。因此，RNAPIII是HR的一个必需因子，而RNA-DNA杂合物是保护DSB修复中3'突出端的一个必需修复中间体。

Fellner等人[6]报告了4例临床诊断为遗传性痉挛性截瘫的兄弟姐妹，他们进行了表型分析和外显子测序，以及他们的母亲和另一名未受影响的兄弟姐妹。所有4名受影响的兄弟姐妹（年龄在46-55岁之间）都有类似的临床特征，包括儿童早期发病的牙齿发育不良和青少年发病的进行性痉挛性截瘫。没有人出现早衰、性腺功能障碍或畸形。所有受影响的个体都具有由两个顺式作用的内含子剪接改变变异组成的双等位基因POLR3A致病性变异，即c.1909+22G>A和c.3337-11T>C。两个未受影响的兄弟姐妹具有野生型等位基因。母亲和另一个未受影响的兄弟姐妹是包含这两个变异的等位基因的杂合子。这是首次报道与POLR3A基因独特致病性内含子等位基因纯合子相关的临床后果。这个等位基因以前在具有Wiedemann-Rautenstrauch综合征的患者的复合杂合组合中被报道，这是一种严重的早衰POLR3A相关表型。研究显示，这个等位基因的纯合子与痉挛性截瘫和牙齿发育不良相关，而不是与早衰特征相关。这些发现有助于描述POLR3A相关疾病中的基因型-表型相关性。

Liu等人[7]的研究旨在阐明RNA聚合酶III A（POLR3A）/I型IFN在系统性硬化症（SSc）发病机制中的作用。通过免疫荧光、免疫组化和蛋白质印迹检测了SSc患者的皮肤或血清中的胞质DNA和STING通路。将人巨噬细胞的DNA转染到SSc成纤维细胞或人脐静脉内皮细胞（HUVECs）中，然后通过实时qPCR、蛋白质印迹和共聚焦显微镜检测POLR3A/STING通路的标记。在H151处理后或敲低POLR3A/STING后，评估了I型IFN反应、单核细胞粘附和成纤维细胞及HUVECs的激活。通过染色质免疫沉淀确定了干扰素调节因子3（IRF3）对单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）的调控。在博莱霉素（BLM）诱导的SSc小鼠中，评估了STING敲除或H151对血管病变和纤维化的影响。SSc患者皮肤中的胞质DNA、STING与α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）或CD31的共定位以及血清中的STING通路均增加。巨噬细胞来源的DNA刺激了POLR3A从细胞核转移到近STING的细胞周区域的转位，并激活了POLR3A/STING/I型IFN反应、单核细胞粘附和成纤维细胞/HUVECs中MCP-1的表达以及成纤维细胞的胶原蛋白过度产生。激活的IRF3结合到MCP-1的启动子上。STING缺乏或H151给药在体外和BLM诱导的SSc小鼠中均减轻了纤维化和血管病变。SSc表现为DNA泄漏增加和STING通路激活。巨噬细胞来源的DNA通过POLR3A/STING通路诱导成纤维细胞和ECs的I型IFN特征。阻断POLR3A/STING轴为SSc提供了一种新的治疗靶点。

Thomas和Thomas[8]报告了一名6岁女孩的经典临床和影像学特征，该女孩具有POLR3相关脑白质营养不良的典型表现。这个病例报告旨在提高对该疾病在适当情况下的认识。

Mirchi等人[9]对31名患有POLR3-HLD的患者的颅面部特征进行了评估，并评估了潜在的基因型-表型相关性。在该患者队列中，每种类型都至少有一种颅面部异常。最常见的特征包括扁平中面部（61.3%）、平滑的上唇（58.0%）和尖下巴（51.6%）。在POLR3B双等位基因变异的患者中，薄上唇很常见。与POLR3A和POLR3B双等位基因变异相关的前额异常最为常见，而POLR1C双等位基因变异的患者中有更高比例的患者表现出颞部狭窄。通过这项研究，我们证明了颅面部异常在患有POLR3-HLD的患者中很常见。本报告详细描述了与POLR3A、POLR3B和POLR1C双等位基因变异相关的POLR3-HLD的颅面部畸形特征。

Tewari等人[10]报告了一名1岁半的女孩，她是非近亲结婚夫妇的唯一孩子，因发育里程碑延迟和牙齿延迟而就诊。在体格检查中，她有下斜睑裂、低位耳朵、光滑的上唇、牙齿发育不良、明显的体毛和阴蒂肥大。她有明显的水平眼震、上肢和下肢肌张力增高、深腱反射亢进和屈肌足底反应。她没有完全控制头部，需要支持才能坐。她的脑干听觉诱发电位显示没有波形，眼底检查显示双侧视神经萎缩，视觉诱发电位P100潜伏期延长。脑MRI显示整个白质呈高信号，涉及内囊、外囊、额叶深部白质和胼胝体。她的核型为46 XX，内分泌状况无异常。临床外显子测序在POLR3A基因中鉴定出了一个未报道的突变。通过Sanger测序在父母双方中均以杂合状态鉴定出相同的突变。该儿童正在接受物理治疗和发育治疗。她被提供了助听器，并开始了语言治疗。父母得到了关于常染色体隐性遗传性质、复发风险和随访需要的预见性指导和遗传咨询。4H综合征是一种罕见的先天性脑白质营养不良，以常染色体隐性方式遗传，由POLR3A和POLR3B基因的突变引起。发育里程碑的延迟或倒退、牙齿异常和内分泌紊乱是其标志。在患者的外显子18中检测到POLR3A基因的一个新型突变，导致808位密码子处的精氨酸被谷氨酰胺取代（p.R808Q）。

综上所述，POLR3A基因突变与多种神经系统疾病相关，包括POLR3相关脑白质营养不良、4H综合征等。这些疾病通常表现为发育迟缓、智力障碍、肌张力减退、共济失调和眼球震颤等症状。POLR3A突变引起的疾病临床表型可以从轻微到严重不等，取决于突变的具体类型和位置。POLR3A基因突变的研究有助于我们更好地了解这些疾病的发病机制，并为患者提供更准确的诊断和治疗方案。