Pseudoexon activation, an underreported disease mechanism with a unique potential for tailored therapy

Alternativ splicing er central for udviklingen af biologisk kompleksitet fra det kondenserede humane genom.Normal genekspression afhænger af nøjagtig pre-mRNA splicing, men fleksibiliteten ved alterniv splicingudgør en risiko for fejl ved små ændringer i reguleringen. Enkeltnukleotid-sekvensvariationer kan medførefejlagtig splicing, også når de findes dybt i introns. Sekvensvariationer i introns kan aktivere inklusion af ikkefunktionelle pseudoexons i mRNA, som vil forstyrre den normale genekspression og funktion. Antisenseoligonukleotider kan modulere splicing ved at blokere regulatoriske elementer eller tilgængelighed forspliceosomet. Pseudoexons er optimale targets, da splice-switching antisense-oligonukleotider (SSO) kangenoprette den normale sammensætning af exons, ved at blokere inklusionen af pseudoexons.

Kendte sygdomsassocierede pseudoexons, der aktiveres af sekvensvariationer som påvirker den regulering der normalt hæmmer deres inklusion, ligner rigtige exons ud fra analyse af sekvenser og fælles egenskaber. De ikke-aktiverede vildtype pseudoexons har funktionelle splice sites, og et basalt niveau af inklusion kan påvises i RNA-sekventeringsdata, hvilket kan medføre forøget risiko for aktivering der vil øge inklusionen.
Pseudoexons kan udnyttes som genregulatoriske switches ved at modulere splicing. SSOer kan blokere inklusionen af et pseudoexon i PCCA, der aktiveres af en sekvensvariation som findes dybt i et intron og som er associeret med propionsyreæmi. Dette er en potentiel behandlingsstrategi for patienter med individuelle sekvensvariationer der kan aktivere dette pseudoexon. Relativ høj inklusion af det ikke-aktiverede vildtype pseudoexon kan observeres i forskellige væv, og blokering af den basale inklusion kan øge genekspression, mængden af translateret protein og enzymaktivitet. Det terapeutiske potentiale kan dermed udvides til behandling af propionsyræmi hos patienter med andre patogene sekvensvariationer der tillader restaktivitet af enzymet. Omvendt kan SSOer aktivere inklusionen af vildtype pseudoexons i LRRK2, som en potentiel strategi for behandling af Parkinsons sygdom associeret med hyperaktivering af kinase-aktiviteten i LRRK2. SSO-medieret aktivering af pseudoexons kan medføre nedregulering af ekspressionen og reduceret phosphorylering af et direkte target. Med denne strategi følger desuden muligheden for allelspecifik targetering til at nedregulere ekspressionen fra dominante alleler. En hyppig enkeltnukleotidpolymorfi, der
bestemmer funktionaliteten af det ene splice site, danner en unik situation for SSO-medieret aktivering hvor der kan skelnes fuldstændigt mellem alleler ved heterozygositet.

Splicing af pseudoexons kan moduleres med SSOer til enten at blokere eller aktivere inklusion for op- eller nedregulering af funktionel ekspressionen. Da der findes mange pseudoexons i det humane genom, er der mulighed for at pseudoexons der kan fungere som genregulatoriske switches kan udnyttes til potentiel
behandling af flere andre sygdomme.