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Fragiles X-Syndrom (FXS) und fragile X-assoziierte Erkrankungen, z. B. Tremor- und Ataxie-Syndrom (FX-TAS), und primäre Ovarialinsuffizienz (FX-POI) werden hauptsächlich durch Cytosin-Guanin-Guanin (CGG) Trinukleotid-Wiederholungsexpansion in der 5' unübersetzten (UTR) des fragilen X-Gens für geistige Retardierung-1 (FMR1) auf Xq27.31,2. Das FMR1-kodierte Protein (FMRP) ist ein polyribosom-assoziiertes RNA-bindendes Protein, das in der neuronalen Entwicklung und synaptischen Plastizität funktioniert, indem es alternative Spleiß-, Stabilitäts- und dendritische Transporte von mRNA oder modulierender Synthese reguliert. von partiellen postsynaptischen Proteinen3,4,5,6,7.
Die dynamische Variation mit einer CGG-Wiederholungsgröße von >200 wird als vollständige Mutation beschrieben, die die aberrante Hypermethylierung und die anschließende Transkriptionssilencing des FMR1-Promotors 8induziert. Das daraus resultierende Fehlen oder Fehlen des FMRP-Proteins stört die normale neuronale Entwicklung und verursacht FXS9, gekennzeichnet durch verschiedene klinische Symptome, einschließlich mittelschwerer bis schwerer geistiger Behinderung, Entwicklungsverzögerung, hyperaktives Verhalten, schlechte Kontakte und autistische Manifestationen10,11,12. Die Darstellung bei weiblichen FXS-Patienten ist in der Regel milder als bei Männern. Die CGG-Wiederholungsgröße von 55 bis 200 bzw. 45 bis 54 wird als Vormutation bzw. Zwischenstatus klassifiziert. Aufgrund des hohen Grades an Instabilität dehnt sich die CGG-Wiederholungsgröße in einem Vormutations- oder Zwischenallel vermutlich aus, wenn sie von den Eltern auf den Nachwuchs übertragen wird13,14. So sind Träger mit Prämutationsallelen aufgrund der wiederholten Expansion einem hohen Risiko ausgesetzt, Kinder mit FXS zu haben, und in einigen Fällen können Zwischenallele ihre Wiederholungsgröße über zwei Generationen auf den vollen Mutationsbereich ausdehnen15, 16. Darüber hinaus vermitteln Männchen mit Vormutation auch ein erhöhtes Risiko für die Entwicklung von FX-TAS17,18,19, während Prämutationsweibchen sowohl für FX-TAS als auch FX-POI20prädisponiertsind, 21,22. Kürzlich wurde berichtet, dass autistische Spektrumstörungen mit Entwicklungsverzögerung und Probleme im Sozialen Verhalten bei Kindern mit Vormutation FMR1-Alleles 23,24dargestellt werden.
Um die genaue CGG-Wiederholungsgröße zu bestimmen, ist von großer Bedeutung für die Klassifizierung und Vorhersage der FXS und Fragile X-assoziierten Störungen25,26. Historisch gesehen war die CGG-Repeat-regionsspezifische Polymerase-Kettenreaktion (PCR) mit Fragmentgrößen- und Südfleckanalyse der Goldstandard für die molekulare Profilierung der FMR1 CGG-Wiederholung27. Herkömmliche spezifische PCR ist jedoch weniger empfindlich gegenüber großen Vormutationen mit mehr als 100 bis 130 Wiederholungen und ist nicht in der Lage, vollständige Mutationen zu verstärken27,28. Darüber hinaus kann die Kapillarelektrophorese auf einem herkömmlichen genetischen Analysator für die Wiederholte Dimensionierung FMR1-PCR-Produkte mit mehr als 200 CGG-Wiederholungen nicht erkennen. Die Southern Blot-Analyse ermöglicht die Differenzierung eines größeren Spektrums von Wiederholungsgrößen, von normalen bis zu vollständigen Mutations-Wiederholungszahlen, und wurde häufig zur Bestätigung vollständiger Mutationen (bei Männern) und zur Differenzierung heterozygoter Allele mit einer vollständigen Mutation von scheinbar homozygote Allele mit normalen Wiederholungsgrößen (bei Weibchen). Die Auflösung für die Quantifizierung der Wiederholungen ist jedoch begrenzt. Noch wichtiger ist, dass diese Schritt-für-Schritt-Teststrategie arbeitsintensiv, zeitaufwändig und kostenlos ist.
Hier stellen wir eine genaue und robuste PCR-basierte Methode zur Quantifizierung der CGG-Wiederholungen von FMR1vor. Der erste Schritt dieses Tests ist die PCR-Verstärkung der Wiederholungssequenzen im 5'UTR des FMR1-Promotors mit fragilem X PCR-Kit. Die PCR-Produkte werden gereinigt und die Fragmentgröße wird auf einem mikrofluidischen Kapillarelektrophorese-Instrument durchgeführt, und die anschließende Interpretation der Anzahl der CGG-Wiederholungen mit hilfe der Analysesoftware erfolgt, indem Aufschluss über Standards mit bekannten Wiederholungen auf der Grundlage der Begründung, dass die PCR-Fragmentlänge direkt proportional zur Anzahl der CGG-Wiederholungen ist. Das PCR-System enthält Reagenzien, die die Amplifikation des hochGC-reichen Trinukleotid-Repeat-Bereichs erleichtern. Dieser PCR-basierte Assay ist reproduzierbar und in der Lage, alle Bereiche von CGG-Wiederholungen von FMR1-Promotern zu identifizieren. Dies ist eine kostengünstige Methode, die eine breite Anwendung in der molekularen Diagnose und Screening von FXS und Fragile X-bezogenen Störungen mit weniger Umlaufzeit und Investitionen in Ausrüstung finden kann und somit in einem breiteren Spektrum von klinischen Labors.