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在研究 FSHD 发病机制时，存在现有模型无法解释不完全外显等问题。研究人员针对 4q35 区域基因转录和染色质特征展开研究，发现其存在不同调控模式，转录本受 D4Z4 重复长度影响。这为理解 FSHD 发病机制提供新视角。
在生命的遗传密码中，重复 DNA 序列如同隐藏在基因组里的神秘拼图，占据了人类基因组的半壁江山，对基因表达调控、遗传变异等发挥着重要作用。面肩肱型肌营养不良症（FSHD），一种困扰着无数患者的疾病，其发病机制一直是医学领域的研究热点。此前研究发现，FSHD 与 4q35 亚端粒区域的 D4Z4 大卫星重复序列减少以及附近基因的异常表达有关 。然而，现有的 FSHD 发病机制模型存在诸多局限，无法解释为何携带 FSHD 分子特征的个体不完全外显，而且在基因型 - 表型相关性研究中，患者的临床表现差异巨大，从无症状携带者到需要轮椅辅助的严重患者都有。这些问题如同层层迷雾，笼罩着 FSHD 的研究领域，迫切需要深入探索来驱散迷雾。
为了揭开 FSHD 发病机制的神秘面纱，来自意大利摩德纳 - 雷焦艾米利亚大学（University of Modena and Reggio Emilia）、美国马萨诸塞州总医院（Massachusetts General Hospital）和美国马萨诸塞大学医学院（University of Massachusetts Medical School）的研究人员 Valentina Salsi、Francesca Losi 等人开展了深入研究。他们的研究成果发表在《Clinical Epigenetics》杂志上，为我们理解 FSHD 的发病机制带来了新曙光。
研究人员运用了多种关键技术方法。在细胞实验方面，培养了来自 FSHD 患者和健康对照的人原代成肌细胞（HPMs）以及滋养层来源细胞（HTCs）。采用染色质免疫沉淀（ChIP）技术研究染色质特征，实时定量逆转录聚合酶链反应（qRT-PCR）检测基因表达水平，RNA 分级分离和染色质 - RNA 免疫沉淀（ChRIP）确定 RNA 与染色质的关联，这些技术为研究提供了有力支撑。
研究人员首先对 4q35 区域进行染色质和转录分析，发现该区域可细分为不同结构域，各有独特染色质特征和基因表达模式。着丝粒侧的 SLC25A4、FAT1 和 FRG1 基因在基础状态下高表达，而端粒侧的 FRG2、DBE-T 和 D4Z4 - T 转录本在对照细胞中几乎检测不到，在 FSHD1 细胞中显著上调。同时，通过 ChIP 实验检测到 4q35 区域存在三种染色质修饰模式，即着丝粒区域的活跃染色质标记、FRG1 和 FRG2 启动子的 “双价” 模式以及 D4Z4 重复序列区域的异染色质标记。这表明 4q35 区域的基因转录调控与染色质状态密切相关。
接着，研究人员探究 4q35 基因表达对染色质修饰的响应。用多种染色质修饰酶抑制剂处理细胞后发现，FRG2 启动子对局部染色质修饰尤为敏感，TSA 和 PJ34 处理可强烈诱导其转录，且 5 - aza - dC 可增强这种诱导作用，说明 DNA 甲基化参与 FRG2 的沉默调控。
在研究基因对基因毒性应激的反应时，研究人员用顺铂（CIS）、依托泊苷（ETO）和多柔比星（DOXO）等基因毒性药物处理原代细胞。结果显示，着丝粒基因在基因毒性损伤下轻度抑制，而 FRG2、DUX4 - T 和 DBE - T 等端粒基因表达显著增加，且携带 D4Z4 缩短等位基因（DRA）的细胞中这种增加更为明显。同时，检测到 DNA 损伤相关组蛋白标记 γH2AX 和 macroH2A1.1 在 D4Z4 位点和 FRG2 启动子处增加，且基因毒性应激或 PARP 抑制导致 4q35 端粒基因 RNA 水平增加的同时，H3K9me3 甲基化水平也升高，这一现象与传统基因激活模式相悖。
研究人员还发现，4q35 端粒基因转录本在 DNA 损伤时会发生转录后稳定。用放线菌素 D（ActD）抑制转录后，在 DOXO 存在的情况下，FRG2、DBE - T 和 D4Z4 - T 转录本水平仍增加，且携带 DRA 等位基因的细胞中这些 RNA 的半衰期延长。此外，通过 RNA 分级分离和 ChRIP 实验证实，FRG2、DBE - T 和 D4Z4 - T 转录本与染色质相关，且选择性富集在 H3K9me3 和 H3K27me3 标记的染色质上。
研究人员还研究了细胞分化对 4q35 基因调控的影响。诱导成肌细胞分化为肌管后发现，FSHD 成肌细胞分化能力受损。在肌管中，FRG1 转录本增加，D4Z4 - T 和 DBE - T 转录本略有增加，FRG2 水平不变，且与成肌细胞不同，肌管中的端粒基因在 DNA 损伤时无转录诱导反应。
综上所述，该研究揭示了 4q35 亚端粒区域转录单位 RNA 的生化特征。FRG2、DBE - T 和 D4Z4 衍生的转录本与染色质相关，在基因毒性应激诱导后转录后稳定，且这种反应程度受 D4Z4 重复序列拷贝数调节 。这一研究成果为理解 FSHD 临床变异性和低外显率提供了新视角，也为探索 DNA 重复元件在个性化医学中的作用奠定了基础，有助于未来开发更精准的 FSHD 诊断和治疗方法，具有重要的理论和临床意义。
