非轉譯區CAG三聯核酸重複序列擴增所引發的致病機制之研究

目前已知許多人類退化性神經肌肉遺傳疾病是由不穩定的三聯核酸重複序列發生擴增突變所造成的。重複序列位於非轉譯區(UTR)或插入子內的，主要由CGG、CTG或GAA等序列擴增所引起，包括易脆X染色體症候群、強直型肌肉萎縮症、及Friedreich氏運動失調症等。而重複序列位於轉譯區內的，主要由CAG序列擴增所引起，包括亨丁頓氏舞蹈症、延髓肌萎縮症、及小腦脊髓運動失調症候群等。目前對於這些疾病發生之分子機制並不完全清楚。為研究此類疾病之致病機制並發展疾病模式系統，近年來我們利用基因轉殖技術建立了CAG擴增小鼠模式。我們將不同長度之CAG三聯核酸重複序列接在綠螢光蛋白基因的3』UTR，並以GSG promoter來驅動轉殖基因在小鼠肌肉專一性表達。我們發現含CAG200之小鼠其肌肉型態、分化及生理功能異常，且生殖能力也下降；顯示CAG expansion會造成RNA gain-of-function的效應。接下來的實驗在此計畫中，有二大主軸。第一，我們擬利用已建立之小鼠模式進一步探討造成CAG200小鼠表型的原因，並找出可能受到3』UTR CAG擴增RNA影響的下游分子，以瞭解其作用機制。我們將利用螢光原位雜交(FISH)技術，檢測CAG200小鼠肌肉細胞內是否有RNA foci形成，以確定之前發現轉殖基因蛋白表現量下降的原因。另外，我們將從精子粒腺體功能、細胞凋亡、鞭毛結構等，以及卵子粒腺體結構功能幾個方向來探討CAG200小鼠生殖能力下降的原因。同時，我們將分析含有CAG repeat之特定基因、利用基因晶片微陣列分析、以及蛋白質2-D膠體電泳及生物分子質譜技術來尋找受到CAG擴增突變影響而產生差異表現之基因及相關蛋白質。第二，由於人類CAG擴增疾病其病灶多位於腦部而引起神經元退化，我們擬將3』端非轉譯區CAG擴增序列接在神經專一性promoter之後，建立在神經系統表達之轉殖基因鼠，觀察小鼠的表型並做腦部病理切片及相關之分子分析，以探討CAG repeat RNA在polyglutamine疾病所扮演的角色。我們的CAG轉殖基因鼠模式是首次發現位於3』UTR的CAG擴增會影響生物體正常生理功能的研究，進一步確認將使我們對這類疾病的病因有全新的認識，其研究結果也特別具有重要的意義。