在不改变重复RNA的情况下阻断RAN翻译，可以挽救与C9ORF72相关的ALS（肌萎缩侧索硬化症）和FTD（家族性颞叶痴呆）表型

《SCIENCE》：Blocking RAN translation without altering repeat RNAs rescues C9ORF72-related ALS and FTD phenotypes

C9ORF72基因的GGGGCC重复扩张是ALS和FTD的主要病因，研究通过编辑CUG密码子阻断DPRs合成，发现DPRs是致病主因，RNA焦点仍存但症状缓解。

　　

编辑总结

C9ORF72基因非编码区中GGGGCC六核苷酸重复序列的扩增是肌萎缩侧索硬化症（ALS）和额颞叶痴呆（FTD）最常见的遗传原因。Jiang等人研究了这种病理效应是由聚集的RNA焦点还是由从含有该重复序列的转录本翻译而来的二肽重复蛋白（DPRs）引起的（参见Arnold和La Spada的观点文章）。作者利用腺相关病毒构建体引入了一个CUG密码子突变，这种突变破坏了DPR的翻译过程，同时保持了含有重复序列的RNA的表达，结果表明这些动物的行为缺陷有所改善，神经炎症减少，蛋白质聚集减少，神经元存活率提高。这些结果支持了DPRs在C9ORF72相关疾病中的致病作用。——Mattia Maroso

结构化摘要

引言

C9ORF72基因第一个内含子中的GGGGCC（G₄C₂）六核苷酸重复序列扩增是肌萎缩侧索硬化症（ALS）和额颞叶痴呆（FTD）这两种严重神经退行性疾病的常见遗传原因。该重复序列可双向转录为有义的G₄C₂和反义的C₂G₄ RNA，这些RNA随后被翻译成五种二肽重复蛋白（DPRs）：poly-GA、poly-GP、poly-GR、poly-PA和poly-PR。含有重复序列的RNA还会聚集形成所谓的RNA焦点，这些焦点被认为通过隔离RNA结合蛋白参与了疾病的发生。区分RNA焦点和DPR毒性在制定治疗策略方面至关重要，但由于DPRs是通过非起始密码子（RAN）翻译产生的，这一任务仍然具有挑战性。

研究背景

为了有效区分由重复RNA和DPRs介导的毒性，我们在G₄C₂重复序列上游的CUG密码子处设计了一个单核苷酸突变。这个接近起始密码子的位置之前已被确定为从有义RNA生成DPRs的主要起始位点。通过将这个位点从CUG突变为CCG，我们特异性地破坏了DPR的合成，同时保持了含有重复序列的RNA的表达和结构。

结果

在一个含有66个或150个G₄C₂重复序列的小鼠模型中，通过腺相关病毒（AAV）介导的表达，单核苷酸替换（CUG→CCG）抑制了所有三种阅读框中DPRs的翻译。尽管CUG→CCG的突变没有改变G₄C₂ RNA的表达水平和其形成RNA焦点的程度，但阻断DPRs的产生完全缓解了运动和认知行为缺陷。此外，在没有DPRs的情况下，所有测量的疾病特征都得到了改善，包括运动神经元丢失、STING激活、磷酸化TDP-43和TBK1的积累、神经炎症以及血浆中神经丝轻链（NfL）水平的升高。

随后使用CRISPR碱基编辑技术将C9ORF72患者来源的诱导多能干细胞（iPSCs）中的CUG突变为CCG。这种精确的编辑显著减少了iPSC来源神经元中DPRs的产生，足以部分恢复多种与疾病相关的细胞表型。C9ORF72患者来源的神经元表现出转录组变化、STING激活、神经突起密度下降、核孔复合蛋白错位以及存活率下降，而在CUG突变为CCG的等基因型神经元中，这些现象都得到了部分或完全恢复。

结论

尽管RNA焦点仍然存在，但在小鼠和iPSC来源的神经元模型中，与疾病相关的表型得到了全面恢复，这提供了有力证据表明DPRs是C9ORF72 ALS和FTD发病机制的主要驱动因素。这些发现强调了针对DPR合成而非减少含有C9ORF72重复序列的RNA的替代治疗策略的潜力。

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DPRs而非含有重复序列的RNA是导致C9ORF72 ALS和FTD发病的原因。

C9ORF72中的G₄C₂重复序列扩增会产生RNA焦点和DPRs。编辑重复序列上游的CUG翻译起始密码子可以抑制DPR的翻译，同时保持RNA焦点的积累。阻断DPRs在小鼠模型和患者iPSC来源的神经元中改善了行为、细胞和分子方面的结果，证明DPRs是C9ORF72疾病进展的关键驱动因素。

摘要

C9ORF72中的GGGGCC（G₄C₂）重复序列扩增是肌萎缩侧索硬化症（ALS）和额颞叶痴呆（FTD）最常见的遗传原因。其毒性被认为是由于含有重复序列的RNA和/或从这些转录本通过非起始密码子（RAN）翻译产生的二肽重复蛋白（DPRs）的积累所致。为了区分RNA毒性和DPR毒性，我们突变了主要用于从三种阅读框生成DPRs的CUG密码子。这一突变破坏了DPR的合成，同时保持了含有重复序列的RNA的表达。尽管RNA焦点仍然存在，但在C9ORF72小鼠中，行为缺陷和病理异常（包括p-TDP-43沉积、STING激活、运动神经元丢失、神经炎症以及血浆中神经丝浓度升高）得到了缓解。CUG密码子的碱基编辑还改善了患者诱导多能干细胞来源神经元的分子表型和存活率，这突显了针对DPR生成而非重复RNA进行治疗的潜力。