核仁FRG2长链非编码RNA通过抑制rRNA转录和细胞质翻译导致面肩肱型肌营养不良症蛋白质合成失调

本研究揭示了面肩肱型肌营养不良症(FSHD)的新发病机制：4q35区D4Z4大卫星序列缺失导致FRG2 lncRNA异常表达，该RNA定位于核仁，通过与rDNA和着丝粒重复序列结合改变核仁外周异染色质三维结构，抑制rRNA转录和翻译速率，最终导致骨骼肌特异性蛋白质合成障碍。这一发现为理解FSHD的分子机制提供了全新视角。

　　

在遗传性肌病研究领域，面肩肱型肌营养不良症(FSHD)一直是个令人困惑的谜题。这种常见的肌肉疾病与人类4号染色体4q35区D4Z4大卫星序列的缺失密切相关，但具体致病机制始终未能完全阐明。传统观点认为D4Z4序列缺失会导致DUX4基因异常表达，然而这一假说难以解释临床观察到的疾病不完全外显现象——为什么有些携带致病基因型的个体却保持健康？这个矛盾提示我们，FSHD的发病机制可能比现有认知更为复杂。

意大利摩德纳和雷焦艾米利亚大学生物医学、代谢和神经科学系的研究团队在《Nucleic Acids Research》发表的重要研究，为我们揭开了这个谜题的关键部分。研究人员发现，D4Z4区域附近的FRG2基因实际上编码一个长链非编码RNA(lncRNA)家族，这些RNA在肌肉细胞中特异性表达，并在FSHD患者中异常升高。通过系统研究，他们揭示了这些lncRNA通过调控核仁功能和蛋白质合成的新机制，为理解FSHD的发病机制提供了全新视角。

研究人员运用了多项关键技术：利用T2T-CHM13人类基因组组装分析FRG2旁系同源基因；通过NGS测序分析患者肌肉活检和成纤维细胞中FRG2表达谱；采用CRISPR-Cas9基因编辑构建FLAG标签细胞系；运用染色质RNA免疫沉淀(ChRIP)和染色质分离RNA纯化(ChIRP)技术分析RNA-染色质相互作用；通过RNA-FISH和免疫荧光定位FRG2空间分布；利用EU和HPG标记检测新生RNA和蛋白质合成；最后通过质谱蛋白质组学分析差异表达蛋白。

研究结果部分，"The T2T-CHM13 human genome assembly contains 14 FRG2-like sequences"显示人类基因组含有14个FRG2旁系同源基因，其中FRG2A在FSHD患者肌肉组织中特异性高表达。通过基因编辑和蛋白质检测证实这些基因主要产生非编码RNA。

"FRG2 paralogs encode a family of heterochromatin-associated long noncoding RNAs"部分发现FRG2 RNA主要与异染色质标记H3K9me3和H3K27me3相关，证实其作为染色质相关lncRNA的特性。

"Trans-interactions of FRG2A/B RNAs are enriched at highly repetitive loci: rDNA and centromeric satellites"通过ChIRP分析揭示FRG2A/B RNA优先与rDNA阵列和着丝粒卫星DNA相互作用，提示其可能参与核仁和着丝粒功能调控。

"FRG2s RNAs localize in the nucleolus"部分通过RNA-FISH和核仁分离实验证实FRG2A/B RNA定位于核仁，特别是在核仁纤维中心(FC)与颗粒组分(GC)交界处形成独特的"Froggy2小体"。

"FRG2A/B-t promote centromere-nucleolar associations in FSHD cells"发现FSHD细胞中着丝粒-核仁关联增加，这种异常可通过FRG2A/B siRNA处理逆转，表明这些lncRNA调控着丝粒在核仁周围的分布。

"The increased levels of FRG2A/B-t in FSHD cells impair nucleolar function"显示FSHD细胞中rDNA转录活性降低，伴随H3K9me3异染色质标记增加，新生rRNA合成减少，这些异常均可通过降低FRG2A/B表达来挽救。

"A compensatory ribosomal protein response in FSHD cells disrupting muscle protein synthesis"通过蛋白质组学分析发现，虽然FSHD肌管细胞试图通过上调核糖体蛋白表达来补偿rRNA不足，但仍无法满足肌肉特异性蛋白质的合成需求。

这项研究的结论部分提出了一个全新的FSHD发病模型：D4Z4缺失→FRG2 lncRNA过表达→核仁结构和功能异常→rRNA合成减少→蛋白质合成障碍→肌肉萎缩。这一发现不仅解释了FSHD临床异质性的分子基础，也为开发新的治疗策略提供了靶点。特别值得注意的是，FRG2 lncRNA通过调控核仁这一细胞"蛋白质合成工厂"的功能，将基因组重复序列变异与肌肉特异性表型联系起来，为理解其他重复序列相关疾病的机制提供了重要启示。研究揭示的"Froggy2小体"这一新型核仁亚结构，也为探索核仁复杂的功能分区开辟了新方向。