Molecular mechanisms underlying nucleotide repeat expansion disorders

三核苷酸重复扩增 强直性营养不良 C9orf72 串联重复 生物 失智症 疾病 遗传学 基因 计算生物学 基因组 痴呆 医学 等位基因 病理
作者
Indranil Malik,Chase P. Kelley,Eric T. Wang,Peter K. Todd
出处
期刊:Nature Reviews Molecular Cell Biology [Springer Nature]
卷期号:22 (9): 589-607 被引量:184
标识
DOI:10.1038/s41580-021-00382-6
摘要

The human genome contains over one million short tandem repeats. Expansion of a subset of these repeat tracts underlies over fifty human disorders, including common genetic causes of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia (C9orf72), polyglutamine-associated ataxias and Huntington disease, myotonic dystrophy, and intellectual disability disorders such as Fragile X syndrome. In this Review, we discuss the four major mechanisms by which expansion of short tandem repeats causes disease: loss of function through transcription repression, RNA-mediated gain of function through gelation and sequestration of RNA-binding proteins, gain of function of canonically translated repeat-harbouring proteins, and repeat-associated non-AUG translation of toxic repeat peptides. Somatic repeat instability amplifies these mechanisms and influences both disease age of onset and tissue specificity of pathogenic features. We focus on the crosstalk between these disease mechanisms, and argue that they often synergize to drive pathogenesis. We also discuss the emerging native functions of repeat elements and how their dynamics might contribute to disease at a larger scale than currently appreciated. Lastly, we propose that lynchpins tying these disease mechanisms and native functions together offer promising therapeutic targets with potential shared applications across this class of human disorders. Expansion of short tandem repeats can impair RNA and protein function and cause diseases through four main mechanisms: transcription repression, RNA gelation and sequestration of RNA-binding proteins, protein gain of function, and repeat-associated non-AUG toxic translation. Synergy between these mechanisms exacerbates disease, but also offers promising therapeutic targets.
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