综述：DNA重复序列扩展的新驱动因素

这篇综述深入探讨了短串联重复序列（STRs）扩展的分子机制及其在重复扩展疾病（REDs）中的作用，重点揭示了DNA单链断裂（SSBs）作为大规模STR不稳定的新兴驱动因素，并阐述了错配修复（MMR）和FANCD2/FANCI相关核酸酶1（FAN1）在其中的调控作用。

　　

DNA重复序列扩展的新驱动因素

短串联重复序列（STRs）是基因组中由1-9个碱基对单元组成的重复区域，约占人类基因组的6.7%。这些序列的异常扩展会导致一类被称为重复扩展疾病（REDs）的遗传性障碍，包括亨廷顿病（HD）、肌强直性营养不良和弗里德赖希共济失调等神经退行性或神经发育性疾病。近年来，随着长读长测序技术的发展，更多与STR扩展相关的疾病被陆续发现，例如由RFC1基因中(AAGGG)_exp扩展引起的小脑性共济失调-神经病-前庭反射消失综合征（CANVAS）。

引言

STRs的扩展通常经历从正常等位基因到前突变等位基因，最终发展为致病等位基因的过程。正常等位基因通常包含少于10-30个重复单元且长度稳定，而前突变等位基因虽然不直接引发症状，但具有极高的扩展倾向，其后代很可能继承更长的致病等位基因。研究表明，能够形成非B型DNA二级结构（如发夹、滑链DNA或G4四链体）的STRs更容易发生扩展。

DNA单链断裂介导的重复不稳定性

2016年首次发现DNA单链断裂（nicks）可诱导STR的不稳定性。通过CRISPR/Cas9核酸酶在(CAG)_n重复序列中引入切口后，主要观察到重复序列的缩短。然而，2024年的两项研究显示，在(GAA)_n或(G₄C₂)_n重复序列附近引入切口会促进大规模扩展。这种差异可能与切口的位置（重复序列内部或侧翼）以及是否与复制或转录过程相互作用有关。

在复制过程中，当复制叉遇到滞后链模板上的切口时，可能绕过切口并留下双链断裂（DSB），随后通过姐妹染色单体交换修复。若新生链与滞后链模板错误对齐，可能导致重复扩展。而前导链模板上的切口则会导致复制叉崩溃，形成单端DSB，通过模板转换（TS）修复时可能因重复序列的错配而扩展。

非复制依赖的扩展机制

在非分裂细胞中，切口修复可能通过DNA聚合酶δ的5′端置换形成重复性5′ flap。若该结构未被及时处理或形成非B型结构，可能被整合到新合成链中，最终通过另一条链的断裂修复导致双链重复扩展。此外，转录介导的R环形成或拓扑异构酶活性异常也可能通过产生单链断裂间接促进扩展。

缺口修复与基因组不稳定性

复制压力导致的单链缺口积累是STR不稳定的另一驱动因素。例如，酵母中Mcm10蛋白缺陷会加剧(GAA)_n重复的扩展和收缩，而过表达单链结合蛋白RPA可挽救这一表型。此外，Rad9检查点激活的失调会通过缺口修复促进大规模扩展，提示细胞周期调控因子的重要作用。

FAN1：连接MMR与切口修复的关键因子

FAN1核酸酶是多个REDs的最强遗传修饰因子，其功能缺失与早发性HD和脊髓小脑性共济失调相关。FAN1可通过两种方式维持重复稳定性：一是作为MMR的负调控因子，通过隔离MLH1抑制MutSβ介导的扩展；二是直接切割重复序列形成的发夹或滑链结构。其5′→3′外切酶活性对含缺口的dsDNA底物的偏好性，可能促进错误结构的精确修复。

展望与未解之谜

尽管DNA切口在REDs中的作用已被初步揭示，但其导致扩展或收缩的偏向性机制仍需探索。例如，为何人类家系中扩展占主导？非分裂细胞中切口介导的扩展是否依赖非常规重组？此外，氧化损伤（如APOBEC3介导的胞嘧啶脱氨）可能通过BER途径产生切口，成为潜在治疗靶点。

这篇综述系统整合了STR不稳定性研究的最新进展，为理解REDs的分子机制和开发靶向疗法提供了新视角。未来研究需进一步解析不同修复途径的协同作用，以及如何利用基因编辑工具（如碱基编辑器）精准调控重复长度。