Nature Genetics：长读长测序发现罕见遗传病的罪魁祸首

　　

脊髓小脑性共济失调4型（SCA4）是一种罕见的晚发性神经系统疾病。对于大多数患者来说，第一个迹象是平衡和行走变得困难。随着时间的推移，情况可能会变得更糟。症状通常在患者四五十岁时开始，目前尚无治疗方法。而且，致病原因也未知。

在长读长测序技术的帮助下，美国犹他大学和德国图宾根大学领导的研究团队近日确定了与SCA4相关的重复扩增，为未来的治疗打开了大门。这项成果于4月29日发表在《Nature Genetics》杂志上。

共同通讯作者、犹他大学医学院的神经病学系主任Stefan Pulst表示：“如果想真正改善遗传病患者的生活，唯一的办法是找出致病原因。”

在寻找罪魁祸首的过程中，研究人员对15个犹他州核心家庭的扩展家庭成员进行靶向的长读长测序和生物信息学分析，以评估16号染色体上的区域，该区域是在1990年代通过连锁分析与SCA4相关联的。

他们利用Pacific Biosciences的HiFi测序技术和Oxford Nanopore Technologies的纳米孔测序技术，在编码多聚甘氨酸（polyG）的ZFHX3基因中发现了与SCA4有关的GGC重复扩增。与正常个体中存在21个重复不同，SCA4患者的重复拷贝超过40个。

在筛选了近6500个基因组序列数据集后，研究人员又从德国吕贝克、慕尼黑和图宾根的家庭中发现了7名携带相同重复扩增的患病个体。重复扩增附近的超稀有DNA变异表明，共同的奠基者事件发生在瑞典。

在SCA4的成纤维细胞模型和SCA4患者的诱导多能干细胞（均含有ZFHX3重复扩增）中，研究人员发现，与对照细胞相比，ZFHX3蛋白水平和polyG聚集物显著上升，而通常用于回收蛋白质的自噬过程下降。

这些结果得到了抗体染色分析的支持。在SCA4大脑切片中，神经元核内包涵体涉及到ZFHX3、p62和泛素蛋白的聚集。研究人员指出，磁共振成像数据突出了ZFHX3扩增长度与SCA4发病年龄之间的进一步关联。

“这种突变是一种毒性的扩增重复，我们认为它实际上干扰了细胞对未折叠或折叠错误蛋白质的处理，”Pulst解释说。“我们如今可以在多个层面上消除这种突变的潜在影响。”

由于这种疾病机理类似于脊髓小脑性共济失调2型中出现的蛋白回收问题，作者指出，采用类似的治疗方案可能会带来益处。这项新发现也让患病家庭中的个体能够进行基因检测，以便他们了解自己患上SCA4的风险。

“我们的研究强调了在富含G+C的基因组区域鉴定遗传变异（包括新型重复扩增）的重要性，这可能解释了神经退行性疾病的部分原因，”作者写道。

“这个区域内的编码GGC重复扩增无法被短读长外显子组测序检测到，这证明了长读长基因组测序发现变异的能力。”