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探索阿爾茲海默癥遺傳新機制
[ 發(fā)布日期:2024-1-16 13:48:34    閱讀次數(shù):599 ]

2023年8月,加州大學舊金山分校 (University of California, San Francisco) 沈音課題組及北卡羅來納大學教堂山分校 (University of Northa Carolina, Chapel Hill)李蘊課題組在Nature Genetics(IF:41.4)上發(fā)表題為 Functional characterization of Alzheimer’s disease genetic variants in microglia 的論文,將表觀遺傳學信息與GWAS數(shù)據(jù)相結合,系統(tǒng)性鑒定了與阿爾茲海默癥高度相關的遺傳位點,并利用單細胞CRISPR干擾篩選技術闡釋了多個阿爾茲海默癥關聯(lián)位點通過遠距離染色體相互作用調(diào)控靶基因表達,并影響小膠質(zhì)細胞生理功能,為進一步解析阿爾茨海默病的遺傳機制、提升診斷與治療能力奠定了基礎。

 

研究背景

 

阿爾茲海默癥(Alzheimer's Disease,AD)是老年人群中最常見的一種神經(jīng)退行性疾病,其發(fā)病機制至今尚未完全闡明,目前還沒有徹底治愈的方法。最近的研究已經(jīng)確定TREM2是AD的一個危險因素。越來越多的證據(jù)表明,TREM2可以影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)和外周神經(jīng)系統(tǒng)的脂質(zhì)代謝。TREM2基因突變,導致功能缺失,引起Aβ蛋白沉積,增加患AD風險。TREM2胞外區(qū)包括單個免疫球蛋白結構域和柄區(qū),研究發(fā)現(xiàn)在髓樣細胞受到諸如Toll樣受體配體或炎性細胞因子刺激信號激活后,胞外結構域會受到α-分泌酶解體蛋白ADAM17或ADAM10在柄區(qū)處的切割,釋放可溶形式的TREM2(sTREM2)至胞外,使細胞表面膜結合TREM2水平迅速降低。當前已確證sTREM2可用來當作AD疾病檢測的標志物。

本研究中sTERM2采用Bio-Techne子品牌ProteinSimple全自動微流控ELISA系統(tǒng)Ella檢測。


研究結果

 

該研究利用人源多能干細胞分化成類小膠質(zhì)細胞(與阿爾茨海默癥最相關的細胞類型),在干擾素-β(IFNβ)刺激下模擬病毒感染狀態(tài),病毒感染可導致多種神經(jīng)退行性疾病的罹患風險顯著升高。通過PCHi-C和ATAC-seq生成類小膠質(zhì)細胞的全面表觀基因組,結果發(fā)現(xiàn),開放性增加的區(qū)域富含免疫反應中關鍵轉錄因子的結合位點;大多數(shù)差異表達基因與染色質(zhì)開放性變化或顯著互作變化沒有關聯(lián),但大部分差異表達基因啟動子在未受IFNβ刺激前呈正向的染色質(zhì)開放性,也即這些基因處于激活準備狀態(tài);遠端染色質(zhì)開放性和相互作用同時發(fā)生變化的區(qū)域具有更高的轉錄變化概率,其中包含在免疫激活和細胞存活中起著重要作用的MS4A6A,并且其遠端區(qū)域含有兩個優(yōu)先考慮的AD風險變異,rs636317和rs636341。

再將其與AD的風險位點整合,進行精細定位分析,篩選優(yōu)先考慮的AD風險變異,識別新的風險的候選順式調(diào)控元件(cCRE)及其靶基因。利用CRISPRi篩選和靶向scRNA-seq的組合,在人源的類小膠質(zhì)細胞中驗證優(yōu)先考慮的AD風險位點,包括四個精細定位的位點(PICALM、BIN1、INPP5D和SLC24A4/RIN3)以及TREM2位點,在IFNβ刺激后干擾這五個CREs時,基因表達受到抑制。

 

兩個位于同一個ATAC-seq peak上的變異位點rs7922621和rs7910643,它們與AD風險相關,但只有rs7922621可以通過改變開放染色質(zhì)狀態(tài)影響TSPAN14基因的表達。使用prime editing技術進一步驗證,將rs7922621和rs7910643的風險等位基因轉換為非風險等位基因,發(fā)現(xiàn)只有rs7922621編輯后的類小膠質(zhì)細胞中,TSPAN14的表達升高,并且細胞表面的ADAM10水平增加,sTREM2水平也增加。結果表明,rs7922621是導致TSPAN14下調(diào),細胞表面ADAM10水平和sTREM2水平下降,以及AD風險增加的因果變異。
 

該研究提出了一個模型:rs7922621風險等位基因(A/C)降低了TSPAN14增強子區(qū)域的染色質(zhì)開放性,導致TSPAN14的轉錄水平下降。TSPAN14基因的表達下降進而影響了它與ADAM10的相互作用,導致細胞表面的ADAM10水平下降。細胞表面的ADAM10水平下降進一步導致sTREM2水平的下降。sTREM2水平的下降使得小膠質(zhì)細胞失去了對AD發(fā)病機制的抵抗能力,從而增加了AD的風險。

綜上,該研究通過應用一系列技術手段,找到真正的功能性位點及其調(diào)控的基因,從而深入解析了風險位點與疾病相關的功能特性,將對未來進一步探索更多的復雜疾病相關位點,精準定位致病位點和揭示遺傳機制,并且提高早期診斷、新藥研發(fā)以及開發(fā)個體化療法的能力具有指導意義。快速準確檢測AD相關生物標志物對于疾病的早期診斷、個體化治療、臨床試驗和預后評估具有重要意義。


(文章來源:mp.weixin.qq.com
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