郑州大学第一附属医院《自然·通讯》:靶向GGC重复序列的反义寡核苷酸疗法可挽救NIID相关基因组损伤与衰老表型

背景介绍

神经元核内包涵体病（Neuronal Intranuclear Inclusion Disease, NIID）是一种进展性神经退行性疾病，临床表现包括认知障碍、肌张力障碍和运动功能障碍等。近年来研究发现，NIID的致病机制与NOTCH2NLC基因5'非翻译区中的异常GGC重复扩增（重复次数 > 60）密切相关。这种扩增会导致一种毒性多聚甘氨酸蛋白——polyG的异常表达，进而引发核内包涵体形成和细胞功能障碍。然而，polyG究竟如何从分子层面破坏细胞稳态，目前尚不完全清楚。

研究思路

为深入探究polyG的致病机制并探索潜在治疗策略，郑州大学第一附属医院神经内科Shi Changhe教授、美国加州大学尔湾分校Albert R. La Spada教授研究团队利用NIID患者来源的iPSC分化神经元和三维脑类器官，结合Hi-C染色质构象捕获技术、单细胞RNA测序、蛋白质组学及反义寡核苷酸干预等多种方法，系统解析了polyG引发的核仁应激、DNA损伤、染色质三维结构异常及细胞衰老表型。相关内容以ASO therapy rescues NOTCH2NLC GGC repeat expansion-induced genomic damage, 3D chromatin structural abnormalities, and senescence为题，发表在Nature Communications！

图片解析

图1：polyG破坏核仁结构与功能

polyG含有内在无序区，可诱导核仁蛋白NPM1由核仁向核质错误定位，并下调纤维蛋白FBL表达，破坏核仁的纤维中心与颗粒组分结构。

图2：病理polyG激活NPM1中心的质量控制系统

polyG与NPM1及分子伴侣HSP70共定位，并上调HSP70表达，提示细胞尝试通过核仁质量控制系统清除毒性蛋白。

图3：polyG下调染色质结构蛋白CTCF和RAD21

在细胞和患者来源神经元/类器官中，polyG显著降低CTCF和RAD21的蛋白水平，提示三维染色质结构可能受损。

图4：Hi-C测序揭示polyG诱导的3D染色质结构异常

NIID患者脑类器官中出现广泛的A/B区室转换、TAD边界模糊及染色质环强度下降。过表达CTCF/RAD21可部分挽救这些异常。

图5：polyG诱导DNA损伤与细胞衰老

polyG显著增加γH2AX（DNA双链断裂标志物）水平，激活TP53通路，并增强β-半乳糖苷酶活性，表明细胞进入衰老状态。

图6：ASO-GGC减少polyG合成与聚集

靶向GGC重复序列的ASO通过空间位阻机制抑制polyG翻译，显著减少包涵体数量，且不影响正常NOTCH2NLC蛋白表达。

图7：ASO-GGC挽救DNA损伤与衰老表型

ASO-GGC处理可降低NPM1和γH2AX水平，减少DNA损伤灶，并显著降低β-半乳糖苷酶阳性面积。

图8：ASO-GGC恢复染色质三维结构

单细胞转录组与Hi-C分析显示，ASO-GGC可部分恢复TAD边界强度、染色质环互作强度，并上调CTCF/RAD21表达，从表观基因组层面逆转NIID相关病理改变。

结论

本研究首次系统揭示了NOTCH2NLC GGC重复扩增编码的polyG蛋白通过以下机制驱动NIID病理进程：

1、破坏核仁稳态与NPM1功能；

2、下调染色质结构蛋白CTCF/RAD21，导致全基因组三维染色质构象异常；

3、引发DNA损伤累积与细胞衰老。

更重要的是，研究团队设计的靶向GGC重复序列的反义寡核苷酸（ASO-GGC），在不影响正常NOTCH2NLC表达的前提下，显著减少polyG合成与聚集，挽救核仁应激、DNA损伤、染色质结构异常及衰老表型。该研究为NIID的基因靶向治疗提供了有力的概念验证，也为其他GGC重复扩增相关疾病（如FXTAS）的治疗策略开发提供了新思路。

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