重复序列中断动态变化机制：SD-MMEJ通路在重复扩展疾病临床特征调控中的作用

本期推荐：研究人员针对重复扩展疾病中中断序列(interruptions)动态变化的分子机制这一未解之谜，提出合成依赖性微同源介导的末端连接(SD-MMEJ)是驱动CAG/CTG等重复序列中断获得与丢失的核心机制。通过系统分析HTT、FMR1等疾病相关位点的中断特征，揭示了该通路如何解释位点特异性、方向性及复杂等位基因形成等临床现象，为理解疾病异质性和开发靶向疗法提供了新视角。

　　

在遗传医学领域，重复序列动态突变引发的60余种神经退行性疾病长期困扰着科研人员。这些疾病虽然都由单一基因的重复扩展引起，却表现出惊人的临床异质性——即使是相同突变位点的患者，症状出现时间和严重程度也可能相差数十年。更令人费解的是，重复序列中存在的"中断序列"(interruptions)能显著改变疾病进程，例如亨廷顿舞蹈症(HD)患者CAG重复中的CAA中断可延缓发病。尽管已知这些中断能抑制体细胞扩展(somatic expansion)并改变疾病严重程度，但关于它们如何在世代间神秘出现和消失的机制始终成谜。

Alys N. Aston和Vincent Dion团队在《TRENDS IN Genetics》发表的这项研究提出了突破性见解。通过分析HTT(HD)、FMR1(脆性X综合征)、DMPK(DM1)等多个疾病位点的中断特征，发现这些变化并非随机：它们具有位点特异性（如HTT位点偏好CAA中断）、倾向出现在重复序列两端、且能在单世代内形成复杂等位基因。传统理论如冈崎片段滑移(Okazaki fragment slippage)无法解释这些规律性特征。

研究人员创新性地将合成依赖性微同源介导末端连接(Synthesis-Dependent Microhomology-Mediated End Joining, SD-MMEJ)机制引入该领域。这种依赖DNA聚合酶θ(Polθ)的修复途径能通过"环出"(loop-out)或"回折"(snap-back)中间体，在重复序列中精准插入或删除特定序列。研究整合了来自患者队列的等位基因分析数据和果蝇模型中的SD-MMEJ分子特征，证实该机制可解释所有已观察到的中断动态：

中断在扩展串联重复中具有临床后果

对HD患者家系的分析显示，HTT基因CAG重复的3'端CAA中断丢失与更早发病显著相关。这种变化常伴随下游CAGCCGCCA序列的同步丢失，暗示存在协调的DNA修复事件。类似地，ATXN1基因(脊髓小脑共济失调1型，SCA1)的CAT中断丢失会加速疾病进程。

中断等位基因的特征

跨物种比较发现，SD-MMEJ产生的插入缺失具有明确规律：90%的引物区(primer repeat)为1-3bp，与重复单元大小匹配；插入中位数为5bp，正好对应常见中断长度。在DM1家系中观察到从纯CTG重复演变为含6个CCG/CAG中断的复杂等位基因，这种多轮修复事件恰与SD-MMEJ的"多次引物-合成-解离"特性吻合。

SD-MMEJ作为中断动态的驱动因素？

提出的分子模型显示：在HTT位点，5'端CAGCAG序列可作为引物，通过SD-MMEJ在3'端插入CAA（图3A）；而ATXN10位点的ATTCT重复则可能因两端不同引物产生5'端ATTTTCT和3'端ATTCC两种中断（图3C,D）。最具说服力的证据来自一个DM1家系的三代测序数据：第一代为纯CTG，第二代获得两个3'端CCG中断，第三代则出现包含6个中断的复杂结构（图4），完美再现了SD-MMEJ预测的渐进式修饰过程。

关键技术方法包括：长读长测序技术解析复杂重复结构（如PacBio SMRT测序）、患者队列的等位基因特征分析（如HD患者家系中CAA中断的分布）、以及体外验证SD-MMEJ分子特征的质粒修复实验（如果蝇模型中1-3bp微同源介导修复的特征统计）。

这项研究的重要意义在于：首次为重复序列中断的动态变化提供了统一的理论框架，揭示了DNA修复通路在遗传性疾病修饰中的核心作用。SD-MMEJ机制不仅能解释临床观察到的位点特异性、方向性和复杂等位基因形成，还为开发靶向干预策略指明新方向——通过调控Polθ活性或微环境，可能人工引入保护性中断以延缓疾病进展。随着纳米孔测序等单细胞技术的进步，未来有望在神经元等有丝分裂后细胞中验证该机制，为神经退行性疾病的精准治疗开辟全新路径。