トリヌクレオチド反復伸長

トリプレットリピート拡大とも呼ばれるトリプレットリピート拡大は、トリプレットリピート障害に分類されるあらゆるタイプの疾患を引き起こす原因となるDNA 変異です。これらは、動的遺伝学では動的変異と呼ばれています。^[1]トリプレット拡大は、 DNA 複製中のずれ、つまり「コピー選択」DNA 複製によって引き起こされます。^[2]これらの領域の DNA 配列の反復性により、合成中の親鎖と娘鎖の間の相補的な塩基対を維持しながら、DNA 複製中に「ループアウト」構造が形成されることがあります。ループアウト構造が娘鎖の配列から形成されると、反復数が増加します。ただし、ループアウト構造が親鎖で形成されると、反復数の減少が発生します。これらの反復の拡大は、縮小よりも一般的であるようです。一般に、拡大が大きいほど、病気を引き起こす可能性が高く、病気の重症度が増します。拡大と縮小の他の提案されたメカニズムには、RNA と DNA 分子の相互作用が含まれます。^[3]

DNA複製中に発生することに加えて、トリヌクレオチド反復の拡大はDNA修復中にも発生する可能性がある。^[4] DNAトリヌクレオチド反復配列が損傷すると、相同組換え、非相同末端結合、ミスマッチ修復、塩基除去修復などのプロセスによって修復される可能性がある。これらの各プロセスにはDNA合成ステップが含まれており、その際に鎖の滑りが発生してトリヌクレオチド反復の拡大につながる可能性がある。^[4]

トリヌクレオチド反復配列の数は、ハンチントン病や類似のトリヌクレオチド反復疾患の進行、重症度、発症年齢を予測すると考えられている。 ^{[5]トリプレット反復配列の拡大が起こる他のヒト疾患としては、}脆弱X症候群、いくつかの脊髄小脳失調症、筋強直性ジストロフィー、フリードライヒ運動失調症などがある。^[4]

遺伝性疾患における予測性に関する最初の文献は1800年代に遡ります。しかし、遺伝学者の視点から見ると、この関係性は無視され、確認バイアスによるものとされました。このため、疾患の発症とトリヌクレオチド反復配列（TNR）の関連が認められるまでに約200年かかりました。^[6]

以下の発見は、TNR と疾患の発症との関連を裏付けるものであり、これらの疾患におけるさまざまな繰り返しの検出によってこの関係が実証されました。

• 1991年、脆弱X症候群において、脆弱X精神遅滞1（FMR-1）遺伝子の5'非翻訳領域（UTR）にCGG伸長が含まれていることが判明しました。^[7]さらに、CAG伸長はX連鎖性脊髄球性筋萎縮症（SBMA）配列に存在していました。^[8] SMBAは、反復性疾患のサブカテゴリである最初の「CAG /ポリグルタミン」疾患です。^[9]
• 1992 年、ミオトニックジストロフィー 1 型 (DM1) において、ミオトニックジストロフィータンパク質キナーゼ(DMPK) 3' UTR に CTG の拡張が見つかりました。
• 1993年、ハンチントン病（HD）において、エクソン1のコード配列に通常よりも長いCAGリピートが発見されました。^[10]

これらの発見により、病気の予期に関するアイデアが生まれ始め、その原因がTNRとどのように関連しているのかという好奇心が生まれました。^[6]ブレークスルーの後、TNRの4つのメカニズムが決定され、より多くの種類のリピートも特定されました。^[9]リピートの構成と位置は、特定の拡張のメカニズムを決定するために使用されます。^[9] 1995年以降、 CGペアの繰り返しとミスマッチで構成されるトリプレットリピートでのヘアピンの形成も観察できるようになりました。 ^[11]

TNR と疾患の発症を関連付ける証拠が見つかってから 10 年間、疾患における反復長とダイナミクスの研究、および親子間の疾患遺伝の背後にあるメカニズムの調査に焦点が当てられました。^{[6]研究では、親の反復長と子供の疾患発症年齢の間には明らかな逆相関関係があることが示されています。そのため、TNR 長は、}臨床診断における疾患発症年齢と結果を予測するために使用されます。^{[12] [13]}この発見に加えて、疾患のもう 1 つの側面、発症の大きな変動性が明らかになりました。^[6] HD の発症は TNR 長の遺伝を調べることで予測できますが、発症は患者によって最大 4 倍も異なる可能性があるため、疾患発症の年齢修正因子が存在する可能性があり、この探索には注目すべき取り組みがありました。^{[14] [15]}現在、CAG 反復長は TNR 疾患の発症年齢の最大の修正因子であると考えられています。^{[16] [17]}

TNRの検出は当初は限られた技術と方法によって困難であり、繰り返しを測定する十分な方法が開発されるまで何年もかかりました。^{[6] TNRの検出に}PCRが初めて試みられたとき、結果には複数のバンドアーティファクトが見られ、TNRの認識が困難でした。当時、病気が少量の短い伸長によって引き起こされるのか、それとも少量の長い伸長によって引き起こされるのかを中心に議論が交わされました。^{[6] [18]}それ以来、何年もかけて正確な方法が確立されてきました。以下の臨床上必要なプロトコルを組み合わせることで、TNRの測定精度は99%になります。^[6]

• 小プールポリメラーゼ連鎖反応（SP-PCR）は反復変化の認識を可能にし、TNRをより正確に測定する方法の必要性が高まったことから生まれました。これは、血液、精子、体細胞におけるTNRがヒトとマウスの間でどのように変化するかを調べるのに役立っています。^{[19] [20]}
• サザンブロット法はCGGリピートの測定に用いられるが、これはCGに富む領域がPCRにおけるポリメラーゼの動きを制限するためである。^{[21] [22]}

これらの反復配列は、一定の閾値の反復数に達するとDNA鎖間の不安定性を引き起こし、複製中にDNAの滑りを引き起こす可能性があります。^[23]最も一般的でよく知られているトリプレット反復は、CAG、GCG、CTG、CGG、およびGAAです。DNA複製中、合成される鎖は、これらのトリプレット反復の動的な性質と柔軟性により、テンプレート鎖とずれることがあります。^[24]この滑りにより、鎖は塩基対形成を通じてそれ自体の間で安定した中間体を見つけることができ、二重鎖以外の二次構造を形成します。^[24]

位置に関して言えば、これらのトリプレットリピートはコーディング領域と非コーディング領域の両方に見られます。それぞれポリグルタミントラクトとポリアラニントラクトにつながるCAGリピートとGCNリピートは、通常コーディング領域に見られます。^[25] 5'非翻訳領域では、CGGリピートとCAGリピートが見られ、脆弱X症候群と脊髄小脳失調症12の原因となっています。^[25] 3'非翻訳領域では、CTGリピートが見られ、GAAリピートはイントロン領域にあります。トリプレットリピートではなく、他の疾患を引き起こすリピートは、プロモーター領域に存在します。^[25]リピートの数が正常レベルを超えると、トリプレットリピート拡張（TRE）の可能性が高くなり、トリプレットリピートの数はコーディング領域で通常約100、非コーディング領域では数千にまで増加する可能性があります。^[25]この違いはグルタミンとアラニンの過剰発現によるもので、細胞毒性のために選択されます。^[26]

繰り返しの配列に応じて、少なくとも3つの異なる二次構造を持つ中間体が形成されることが知られています。^[27] CGG繰り返しはフーグスティーン塩基対形成によりG四重鎖を形成し、GAA繰り返しは負の超らせん構造により三重鎖を形成します。^{[25] [27]} CAG、CTG、およびCGG繰り返しはヘアピンを形成します。ヘアピンが形成された後、プライマーは新しく合成された鎖の3'末端と再整列し、合成を継続して三重反復の拡張につながります。^[23]ヘアピンの構造は、ワトソン-クリック塩基対とミスマッチペアの両方を含むステムとループに基づいています。^[25] CTGおよびCAG繰り返しでは、ループ内に存在するヌクレオチドの数は、三重反復の数が奇数か偶数かによって異なります。^[28]偶数の繰り返しはテトラループ構造を形成し、奇数はトリループの形成につながります。^{[28] [29]}

トリヌクレオチド反復の拡大では、配列が不安定になる前に発生し得る特定の閾値または最大反復数がある。この閾値に達すると、反復は急速に拡大し始め、将来の世代では拡大がどんどん長くなる。^[30]通常約30～40回の反復であるこの最小対立遺伝子サイズに達すると、疾患や不安定性が発生する可能性がありますが、配列内の反復数が閾値を下回る場合は比較的安定したままです。^[30]閾値を引き起こす分子的性質を理解するための十分な研究はまだ見つかっていませんが、研究者らは、これらの反復が発生したときに二次構造が形成される可能性があることを研究し続けています。トリヌクレオチド反復拡大に関連する疾患には、ヘアピン、三重鎖、およびスリップストランド二重鎖を含む二次構造が含まれていることが判明しました。^[30]これらの観察から、これらの構造が形成されると配列中に形成される突然変異の数が増加し、結果として三塩基の拡張がさらに進むため、閾値はこれらの望ましくない二次構造の形成を安定させるために発生しなければならない反復回数によって決定されるという仮説が導かれた。 ^[31]

研究によると、変異を伝える親の性別と、子供の障害の程度および表現型との間には、直接的で重要な相関関係があることが示唆されている。^{[32] [33]}反復拡大の程度と拡大が起こるかどうかは、非コード化およびコード化トリヌクレオチド反復障害の両方において、伝達する親の性別に直接関連している。^[32]例えば、ハンチントン病のCAGトリヌクレオチド反復と親の伝達との相関関係に関する研究では、母親と父親の伝達に違いはあるものの、両者の間には強い相関関係があることが判明している。^[32]母親の伝達は、反復単位1の増加のみであることが観察されているが、父親の伝達では通常、3〜9個の余分な反復である。^[32]父方からの伝達は、ほとんどの場合、大きな反復伝達を引き起こし、ハンチントン病の早期発症につながりますが、母方からの伝達では、罹患した個人は母親と同じような症状の発症を経験します。^{[32] [34]}この3ヌクレオチド反復拡大の伝達は「減数分裂不安定性」の結果であると考えられていますが、減数分裂がこの過程にどの程度役割を果たしているか、そのメカニズムは明らかではなく、他の多くのプロセスが同時にこの過程に役割を果たしていると予測されています。^[32]

3ヌクレオチド繰り返し伸長の伝達に役割を果たすと提案されているが、非常にありそうもないメカニズムの1つは、減数分裂または有糸分裂組換え中に発生します。^[32]これらのプロセス中に、α-グロビン遺伝子座の欠失を引き起こすことでよく知られている相同反復の不整合が、3ヌクレオチド繰り返し伸長の減数分裂不安定性を引き起こす可能性があることが示唆されています。 ^[32]このプロセスは、伸長メカニズムの違いにより、3ヌクレオチド繰り返し伸長の伝達と存在に寄与する可能性は低いです。^[32] 3ヌクレオチド繰り返し伸長は通常、CAG領域の伸長に有利ですが、不等相同交換がもっともらしい提案であるためには、これらの繰り返しが同時に伸長と収縮のイベントを経る必要があります。^[32]さらに、脆弱X症候群など、伝達された3ヌクレオチド繰り返し伸長に起因する多くの疾患は、減数分裂組換えでは説明できないX染色体上の不安定な3ヌクレオチド繰り返しに関係しています。^[32]研究によると、不等相同組換えが伝達される三塩基反復伸長の唯一の原因である可能性は低いが、この相同組換えはいくつかの三塩基反復伸長の長さに小さな役割を果たしている可能性が高いことが示されている。^[32]

多くの予測モデルでは、トリヌクレオチド反復伸長（TRE）の難しさから、DNA複製エラーがトリヌクレオチド反復伸長伝達の主な原因であると予測されています。 ^[32] TREは、in vitroおよびin vivoの両方の研究でDNA複製中に発生することが示されており、これらの長いトリプレット反復領域がさまざまなメカニズムで急速に組み立てられ、小規模または大規模な伸長につながる可能性があります。^[25]

これらの拡張は、鎖の滑りまたはフラップライゲーションのいずれかによって発生する可能性があります。^[25]岡崎フラグメントは、DNA複製で提案されているエラーの重要な要素です。^[32]岡崎フラグメントのサイズが小さいため、通常150〜200ヌクレオチドの長さで、ラギング鎖から脱落または「滑り落ちる」可能性が高く、これにより、トリヌクレオチドリピートがラギング鎖のコピーに付着する余地が生じると考えられます。^[32] 岡崎フラグメントの滑りによりトリヌクレオチドリピート拡張が変化する可能性に加えて、CGに富むトリヌクレオチドリピート拡張配列が特殊なヘアピン、トロイド、および三重鎖DNA構造を形成する能力がこのモデルに寄与しており、DNA複製中にエラーが発生することを示唆しています。^[32] ヘアピン構造は、DNA複製中にラギング鎖が自由である結果として形成される可能性があり、通常、非常に長いトリヌクレオチドリピート配列で形成されることが観察されています。^[32]研究により、このヘアピン形成は、各CAG/CTGトリヌクレオチド鎖内のトリヌクレオチド反復の方向に依存することがわかっています。^[32]リーディング鎖のCTG反復によって二重鎖が形成される鎖は余分な反復をもたらすことが観察されていますが、リーディング鎖にCTG反復がないものは反復の欠失をもたらします。^[32]これらの中間体は、鎖の滑りを介したDNAポリメラーゼとの相互作用に基づいて、複製フォークの活動を一時停止することができます。^[25]収縮は、複製フォークが岡崎断片上の中間体をスキップするときに発生します。拡張は、フォークが反転して再開するときに発生し、チキンフット構造を形成します。^[25]この構造により、新生リーディング鎖上に不安定な中間体が形成され、さらなるTREにつながります。^[25]さらに、この中間体は、ヘアピンを修復する代わりに安定化させるMSH-2-MSH3複合体に対する親和性によりミスマッチ修復を回避できます。^{[25] [27]} 分裂しない細胞では、フラップライゲーションと呼ばれるプロセスがTREの原因となることがあります。^{[25] [27]} 8-オキソグアニンDNAグリコシラーゼはグアニンを除去し、配列に切れ目を形成します。^[25]次に、コード鎖は置換によりフラップを形成し、エンドヌクレアーゼによる除去を防ぎます。どちらのメカニズムでも修復プロセスが終了すると、拡張の長さはヘアピン中間体の形成に関与するトリプレットリピートの数に相当します。^[25]

大規模反復については、テンプレートスイッチングと切断誘導複製という2つのメカニズムが提案されている。^[27]

テンプレートスイッチングは、大規模なGAAリピートのためのメカニズムで、トリプレットリピートの数を2倍にすることができると提案されている。^[27] GAAリピートは、リピートの長さが岡崎断片の長さよりも長い場合に拡大する。^[27]これらのリピートは、TTCリピートの5'フラップが折り返されるときに三重鎖を形成するため、複製フォークの停止に関与している。 [27]  テンプレートが新生リーディング鎖に切り替えられても、岡崎断片の合成は継続する。^{[ 27]}岡崎断片は最終的に5'フラップにライゲーションし、TREとなる。^[27]

大規模な CAG リピートに対しては、切断誘導複製に基づく異なるメカニズムが提案されており、非分裂細胞でも発生する可能性があります。^[27]最初、このメカニズムは、複製フォークの反転まで、小規模鎖滑りメカニズムと同じプロセスをたどります。^[27]次に、エンドヌクレアーゼがチキンフット構造を切断し、片端の二重鎖切断を引き起こします。^[27]この切断された娘鎖の CAG リピートはヘアピンを形成し、姉妹染色分体上の CAG 鎖に侵入し、その結果、移動性D ループDNA 合成でこのリピートの拡大が起こります。^[27]この合成は、複製フォークに到達して切断されるまで続き、姉妹染色分体の拡大をもたらします。^[27]

脆弱X症候群は、知的障害の中で2番目に多い形態で、女性2,000～4,000人に1人、男性4,000～8,000人に1人が罹患しており、女性はXX染色体を持つため、この障害を受け継ぐ可能性が女性の2倍である。^[35]この障害は、脳の発達に不可欠なタンパク質FMRPを生成するFMR1遺伝子（脆弱X精神遅滞遺伝子）のX染色体末端の変異によって生じる。^[35]脆弱X症候群の患者は、性別や変異の程度に応じて、注意欠陥障害、易怒性、刺激過敏症、さまざまな不安障害、うつ病、および/または攻撃的行動など、さまざまな症状をさまざまな程度で経験する。^{[35]脆弱X症候群の患者に見られるこれらの症状の治療法には、} SSRI、抗精神病薬、覚醒剤、葉酸、気分安定剤などがある。 ^[35]

CGGトリヌクレオチド要素の大幅な拡大は、脆弱X症候群と呼ばれる男性の遺伝性疾患の唯一の原因です。脆弱X症候群のない男性では、CGGリピート数は53〜200の範囲ですが、罹患した男性では、X染色体の末端のバンドXq28.3.1に位置するこのトリヌクレオチド配列のリピートが200を超えています。^[36] 53〜200のリピート範囲内のリピートを持つキャリアは「前変異アレル」を持つと言われ、この範囲内のアレルが200に近づくにつれて、完全な突然変異への拡大の可能性が高まり、mRNAレベルが5倍に上昇します。^[36]研究によると、59〜69リピートの範囲の前変異アレルを持つ人は、≥ 90リピートの高範囲の人と比較して、完全な突然変異を発症するリスクが約30％あります。^[37]脆弱X症候群キャリア（プレミューテーション範囲内に該当するもの）は、通常、メチル化されていない対立遺伝子、正常な表現型、および正常レベルのFMR1 mRNAとFMRPタンパク質を持っています。^[36]脆弱X症候群の男性は、FMRPタンパク質レベルが正常よりはるかに低い完全な変異範囲（> 200反復）の対立遺伝子を持ち、FMR1遺伝子のプロモーター領域の過剰メチル化を経験します。^[36] 完全な変異範囲の対立遺伝子を持つ男性の中には、メチル化が部分的またはまったくない人もいますが、その結果、FMR1遺伝子転写のわずかなダウンレギュレーションにより、わずかに異常な表現型になります。^[36]変異範囲内のメチル化されていない対立遺伝子と部分的にメチル化された対立遺伝子は、正常対照と比較した場合、FMR1 mRNAのレベルが増加し、正常です。^[36]対照的に、メチル化されていない対立遺伝子が約300の反復数に達すると、転写レベルは比較的影響を受けず、正常レベルで機能します。 300を超える反復の転写レベルは現在のところ不明である。^[36]

CGGトリヌクレオチドリピート伸長はFMR1 mRNA内に存在し、その相互作用がプロモーターサイレンシングの原因となっている。^[36] CGGトリヌクレオチド伸長はmRNAの5'非翻訳領域内に存在し、ハイブリダイゼーションを受けて相補的なCGGリピート部分を形成する。^[36]このゲノムリピートがmRNAに結合すると、プロモーターがサイレンシングされる。^[36] この点を超えるプロモーターサイレンシングのメカニズムは不明であり、現在も調査が続けられている。^[36]

ハンチントン病（HD）は、主に父親から遺伝する神経疾患で、西洋諸国の多くの地域で15,000～20,000人に1人が罹患しています。^[38] HDは基底核と大脳皮質に影響を及ぼし、認知機能、運動機能、精神機能障害などの症状として現れます。^[38]

この常染色体優性疾患は、IT15遺伝子のエクソン1のCAGを含む3ヌクレオチド繰り返し配列の拡大によって生じます。^{[39]若年性HD症例の大部分は、父方の}配偶子形成の結果として高CAG3ヌクレオチド繰り返し配列数の伝達によって生じます。^[40] HDのない人のCAG繰り返し配列数は9から37の範囲ですが、HDのある人のCAG繰り返し配列数は通常37から102の範囲にあります。^[39]研究では、3ヌクレオチド繰り返し配列数と発症年齢の間には逆相関関係があることが示されていますが、3ヌクレオチド繰り返し配列数とHD進行速度および/または罹患した人の体重との間には相関関係は認められていません。^[39]機能低下の重症度は、CAGリピート数や発症年齢が異なる幅広い個人間で同様であることが判明しており、そのため、疾患の進行速度は、環境因子や遺伝因子など、CAGリピート以外の因子とも関連していることが示唆されています。^[39]

筋強直性ジストロフィーは、多くの身体系が影響を受けるまれな筋疾患です。筋強直性ジストロフィーには、軽度表現型で発症が遅いタイプ、青年期/若年成人期に発症するタイプ、学習障害のみを特徴とする幼少期タイプ、先天性のタイプの4つの形態があります。^[41]筋強直性ジストロフィーの患者は、筋力低下、心拍問題、呼吸困難などの重度で衰弱させる身体症状を経験しますが、治療によって症状が改善し、患者の可動性と日常の活動を最大限に高めて、介護者のストレスを軽減することができます。^[42]筋強直性ジストロフィーの患者の筋肉では、タイプ1線維の増加と、これらのタイプ1線維の劣化の増加が見られます。^[42]これらの身体的な病気に加えて、ミオトニックジストロフィーの患者は、不安や気分障害、認知遅延、注意欠陥障害、自閉症スペクトラム障害、IQの低下、視覚空間障害などのさまざまな内面化障害を経験することがわかっています。^[42]研究では、拡張反復数、IQ、および個人の視覚空間障害の程度の間には直接的な相関関係があることが示されています。^[42]

筋強直性ジストロフィーは、セリン/スレオニンキナーゼをコードする転写産物の3'非翻訳領域に存在する(CTG)nトリヌクレオチドリピートの伸長によって起こります。 ^{[43]この(CTG)nトリヌクレオチドリピートは}白血球内に存在し、リピートの長さと個人の年齢は、病気の進行とタイプ1筋線維の優位性に直接関係していることが判明しています。^{[43]年齢と(CTG)nの長さは病気の進行との相関係数が小さいですが、研究によると、}シグナル伝達経路の変化、体細胞発現、(CTG)nリピートの細胞異質性など、さまざまな他の要因が病気の進行に関与していることが示唆されています。^[43]

フリードライヒ運動失調症は進行性の神経疾患です。脊髄と末梢神経の変性により、歩行や発話に障害が生じます。その他の症状としては、心臓合併症や糖尿病などがあります。症状の典型的な発症年齢は5～15歳で、時間の経過とともに症状が徐々に悪化します。^[44]

フリードライヒ運動失調症は、 FXN遺伝子のイントロンにおけるGAAの拡大によって引き起こされる常染色体劣性疾患である。この遺伝子は、鉄の恒常性維持に関与するミトコンドリアタンパク質であるフラタキシンをコードしている。この変異によりタンパク質の転写が阻害されるため、影響を受けた細胞は健康な細胞の5～10%のフラタキシンの生産しか行わない。^[45] これにより、ミトコンドリアに鉄が蓄積し、細胞が酸化ダメージを受けやすくなる。研究によると、GAAリピートの長さは疾患の重症度と相関関係にあることがわかっている。^[46]

TNR が発生する正確な時期は疾患によって異なります。FXS の正確な時期は不明ですが、研究ではこの疾患の最も初期の CGG 拡大は一次卵母細胞で見られることが示唆されています。^{[47] [48]}反復拡大は減数分裂細胞周期の前期 I停止中に母親の卵母細胞で起こると提案されていますが、そのメカニズムは不明のままです。^{[49] [50]}母親から受け継がれた前変異対立遺伝子は、完全な変異対立遺伝子 (200 回を超える反復) に拡大し、FMR-1 遺伝子産物 FMRP の産生が減少し、脆弱 X 染色体知的障害症候群を引き起こす可能性があります。^[51]女性の場合、大きな反復拡大は修復に基づいていますが、男性の場合、長い反復拡大の短縮は複製によるものです。そのため、男性の精子にはこれらの反復がなく、長い反復拡大の父性遺伝は発生しません。^{[52] [53] [54]}ヒト胎児発育13週目から17週目の間に、大きなCGGリピートが短縮されます。^[54]

DM1とFXSの間には、突然変異の側面に関して多くの類似点が見られます。DM1では完全な母性遺伝が存在し、反復配列の拡大の長さは母親の年齢に関連しており、最も早い拡大の例は着床前胚の2細胞期に見られます。^{[55] [56]}男性遺伝と対立遺伝子の長さには正の相関関係があります。^[57]マウスの研究では、CTG反復配列の拡大の正確なタイミングは精原細胞の発達中であることがわかりました。^{[58] DM1とFXSでは、複製時に}DNAポリメラーゼが複数のミスステップを踏むことでTNRの拡大が発生すると仮定されています。^{[59] [60]} DNAポリメラーゼがTNRを適切に移動できないと、トランスレジョンポリメラーゼ（TLP）のトランス活性化が引き起こされ、複製プロセスを完了してブロックを克服しようとします。 DNAポリメラーゼがこのように機能しなくなると、テンプレート鎖に残された一本鎖ループが削除され、TNRの長さに影響を与えることが分かっています。このプロセスにより、TNRの拡大が起こる可能性があります。^[15]

ハンチントン病（HD）では、正確な時期は決定されていないが、生殖細胞の発達中に拡大が起こると考えられる時点がいくつか提案されている。^{[61] [62]}

• 検査された4つのHDサンプルでは、​​CAGリピート伸長の長さは、精巣内で発達中の精子よりも成熟精子の方が変動が大きく、リピート伸長は精子の発達の後期に起こる可能性が高いという結論に至った。^[61]
• ヒトでは減数分裂、特に第一分裂が完了する前に反復拡大が起こることが観察されている。^[63]
• 分化中の生殖細胞では、減数分裂の完了後も拡大が発生する可能性があることを示唆する証拠があり、減数分裂後の細胞でより大きなHD変異が発見されている。^{[63] [62]}

脊髄小脳失調症 1 型(SCA1) の CAG リピートは、ほとんどの場合、父系遺伝で受け継がれ、HD との類似性が見られます。^[15]これらのリピートを持つ母親の子孫の管のサイズは、いかなる変化も示しません。^[64] TNR 不安定性は若い雌マウスには見られず、雌の SCA1 患者の年齢と不安定性は直接関連しているため、拡大は不活性な卵母細胞で起こるはずです。^[65]分裂が不活発な細胞ではより大きな拡大が起こり、活発に分裂している細胞または分裂していない細胞ではより小さな拡大が起こる傾向があるようです。^[15]

トリヌクレオチド反復伸展は、トリヌクレオチド反復障害として分類されるあらゆるタイプの障害を引き起こす原因となるDNA変異である。これらの障害は進行性であり、多くの場合神経系内でヒトゲノムの配列に影響を及ぼします。これまでのところ、利用可能な治療法は、ゲノム操作の研究と調査に重点を置いており、せいぜい中程度の成果しか得られていません^[66]。最も先進的な利用可能な治療法は、アンチセンスオリゴヌクレオチド（ASO）またはRNA干渉（RNAi）を使用してメッセンジャーRNA（mRNA）を標的とし、変異した遺伝子発現を標的とすることを目的としています。^[66]この疾患の介入に対する解決策が優先されていますが、RNAiとASOはまだ臨床試験段階に達していません。

RNA干渉は遺伝子の発現を抑制するために使用できるメカニズムであり、RNAiは、自然なRNAiプロセスの作用と期間を変更するために使用される合成低分子干渉RNA（siRNA）を使用して活用される自然に発生するプロセスです。^[67]別の合成RNAは、ショートヘアピンRNA（shRNA）です^[67]これらも、RNAiプロセスの作用と予測可能性を監視するために使用できます。

RNAiは、RNase Dicerが21〜25ヌクレオチドの二本鎖RNA基質を小さな断片に切断することから始まります。このプロセスにより、RNA誘導サイレンシング複合体（RISC）複合体で使用されるsiRNA二重鎖が作成されます。^[67] RISCには、相補的なmRNA鎖に結合するアンチセンスが含まれており、結合すると、RISC複合体内にあるArgonaute 2（Ago2）と呼ばれるタンパク質によって、5'末端を基準とした塩基10と11の間で切断されます。mRNA鎖が切断される前に、siRNAの二本鎖アンチセンスもAgo2複合体によって切断され、RISC化合物内に1本鎖ガイドが残り、これを使用して目的のmRNA鎖を見つけるため、このプロセスに特異性が生じます。^[68] RISC複合体内のガイド一本鎖siRNAが切断されると不安定になり、ほどけ始め、好ましくないmRNA鎖に結合する可能性があるという問題が発生する可能性がある。標的RNAの完全な相補ガイドは容易に認識され、RISC複合体内で切断される。ガイド鎖と標的mRNAの間に部分的な相補対合しかない場合、標的部位で誤った翻訳や不安定化を引き起こす可能性がある。^[68]

アンチセンスオリゴヌクレオチド（ASO）は、タンパク質の発現を変化させることができる、長さ約15〜20個の核酸からなる小さな鎖の一本鎖オリゴデオキシヌクレオチドです。^[69]これらのアンチセンスオリゴヌクレオチドを使用する目的は、通常、RNase Hエンドヌクレアーゼの阻害によって特定の標的のタンパク質発現を減少させること、および5'キャップ形成の阻害またはスプライシングプロセスの変更です。^[70]天然の状態では、ASOは急速に消化されるため、ASOが細胞膜を通過するにはリン酸化を使用する必要があります。

アンチセンス治療薬は神経疾患を沈黙させる能力によって世界に明らかな利益をもたらすことができるが、この治療法の開発には多くの問題がある。 1 つの問題は、ASO が体内のヌクレアーゼ^[71]による分解を非常に受けやすいことである。このため、ヌクレアーゼがこれらの合成核酸の分解を上回ることができるように化学を変化させる際に、大量の化学修飾が行われることになる。天然の ASO は、特に腎臓で体全体に濾過される前であっても半減期が非常に短く、高い負電荷により、標的の DNA または mRNA 鎖に到達しようとするときに血管系または膜を通過するのが非常に困難になる。これらのすべての障壁により、化学修飾は体内に導入されると壊滅的な影響につながる可能性があり、それぞれの問題がますます副作用を引き起こすことになる。

合成オリゴヌクレオチドは負に帯電した分子であり、細胞内で遺伝子発現を調節するために化学的に修飾されている。このプロセスで生じる問題には、化学修飾によって生じる毒性と変動性がある。^[70] ASO の目的は、タンパク質を介して遺伝子発現を調節することであり、これは 2 つの複雑な方法で行うことができる。a) mRNA の分解を誘導する RNase H 依存性オリゴヌクレオチド、および (b) スプライシングまたは翻訳機構の進行を物理的に防止または阻害する立体ブロッカーオリゴヌクレオチドである。調査された ASO の大部分は、RNA 鎖を加水分解する RNase H 酵素による最初のメカニズムを利用しており、この酵素がオリゴヌクレオチドを使用して補助されると、RNA 発現の減少は 80～95% 効率的に減少し、mRNA のどの領域でも発現を阻害することができる。

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