研究阿爾茨海默�。ˋD）的科學(xué)家已經(jīng)在這種進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病的發(fā)展過程中發(fā)現(xiàn)了基因組中的數(shù)千種遺傳變異。

北卡羅來納大學(xué)醫(yī)學(xué)院

9月22日消息

這些變異體主要位于不編碼蛋白質(zhì)的基因組區(qū)域，因此很難理解哪些變異體會導(dǎo)致個體患AD的風(fēng)險。非編碼變異一度被科學(xué)家認(rèn)為是“垃圾DNA”（Junk DNA）。近年來，這些變異被認(rèn)為在控制不同組織和細(xì)胞類型的基因表達(dá)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，將這些非編碼變異體與它們調(diào)節(jié)的基因和對AD相關(guān)功能的影響聯(lián)系起來是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。

現(xiàn)在，北卡羅來納大學(xué)教堂山分校（University of North Carolina at Chapel Hill，UNC-Chapel Hill）和加州大學(xué)舊金山分校（University of California, San Francisco，UCSF）的研究人員已經(jīng)確定了風(fēng)險變異與小膠質(zhì)細(xì)胞功能之間的聯(lián)系，以及它們可能如何導(dǎo)致AD。

“小膠質(zhì)細(xì)胞是大腦的免疫細(xì)胞，對阿爾茨海默病至關(guān)重要，” UNC 醫(yī)學(xué)院和 UNC 吉林斯全球公共衛(wèi)生學(xué)院（Gillings School of Global Public Health）遺傳學(xué)和生物統(tǒng)計學(xué)教授李云說，“我們的研究集中在調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞的關(guān)鍵基因組區(qū)域。我們發(fā)現(xiàn)的這些變異和區(qū)域?qū)⒊蔀樵谛∧z質(zhì)細(xì)胞中進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)的偉大起點(diǎn)。”

李云教授和 Yin Shen 博士（UCSF人類遺傳學(xué)研究所和神經(jīng)病學(xué)系副教授）和他們的團(tuán)隊(duì)在小膠質(zhì)細(xì)胞中進(jìn)行了一項(xiàng)詳細(xì)的分析，其中包含了與AD相關(guān)的基因變異的潛在功能區(qū)。他們發(fā)現(xiàn)了181個新的感興趣的區(qū)域，其中包含308個優(yōu)先考慮的變異體，這些變異體之前被認(rèn)為在阿爾茨海默病中沒有作用。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《自然-遺傳學(xué)》（Nature Genetics）雜志上。

研究于2023年9月21日發(fā)表在《Nature Genetics》（最新影響因子：30.8）雜志上

精細(xì)映射和CRISPRi

李云和同事們從與AD相關(guān)的37個基因座開始，確定風(fēng)險變異體及其潛在功能區(qū)域（稱為候選順式調(diào)節(jié)區(qū)域，cCRE）的優(yōu)先級。他們逐個研究與表觀遺傳特征和3D基因組相互作用注釋相關(guān)的關(guān)聯(lián)變異體，表明其在小膠質(zhì)細(xì)胞中發(fā)揮功能的可能性。

在確定了最有可能通過小膠質(zhì)細(xì)胞的基因調(diào)節(jié)功能對AD產(chǎn)生影響的風(fēng)險變異體之后，研究人員進(jìn)行了CRISPR干擾（CRISPRi）篩選實(shí)驗(yàn)，以確定影響小膠質(zhì)細(xì)胞基因表達(dá)的確切區(qū)域。他們使用人類多功能干細(xì)胞分化產(chǎn)生的小膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

使用這種表觀基因組編輯技術(shù)，研究人員可以“干擾”候選區(qū)域，看看是否任何被測試的基因組區(qū)域可以影響下游基因的表達(dá)。他們發(fā)現(xiàn)關(guān)閉一個區(qū)域通常會影響一個“整個基因群”的表達(dá)，就像電網(wǎng)停電一樣。

“我們一直問錯了的問題，”李云說，“我們應(yīng)該問這些變異影響小膠質(zhì)細(xì)胞的靶基因是什么。有時，一個變異可能影響鄰近多個基因的表達(dá)。”

小膠質(zhì)細(xì)胞特異性標(biāo)志物IBA-1的代表性免疫熒光染色

從眾多變異中找出致病變異

此外，每個區(qū)域可能包含多個與AD相關(guān)的遺傳變異。研究人員需要從通過遺傳分析鑒定的眾多變異中找出致病變異，這對于理解非編碼變異導(dǎo)致AD發(fā)病的機(jī)制至關(guān)重要。

研究團(tuán)隊(duì)采用了前沿的基因編輯技術(shù)—prime editing，該技術(shù)可使他們一次引入一個DNA堿基突變并評估TSPAN14 AD風(fēng)險基因位點(diǎn)的個體變異功能。通過這種方法，他們確定了導(dǎo)致TSPAN14表達(dá)的特定變異，該變異與其他幾乎完全相關(guān)的變異不同，而且位于同一個候選順式調(diào)節(jié)區(qū)域中。

將非編碼變異與除基因表達(dá)之外的功能聯(lián)系起來

更重要的是，該變異進(jìn)一步對下游細(xì)胞過程產(chǎn)生負(fù)面影響，包括ADAM10蛋白的成熟和可溶性TREM2在小膠質(zhì)細(xì)胞中的降解。由于上述三個基因都是已知的AD風(fēng)險基因，該研究成功地將一個AD非編碼變異與小膠質(zhì)細(xì)胞中除基因表達(dá)控制之外的功能聯(lián)系起來。

李云說，他們的研究成果將成為一個新的基礎(chǔ)，其他研究人員可以從中發(fā)現(xiàn)更多AD的因果變異，預(yù)測疾病風(fēng)險，并開發(fā)更有效的治療方法。這項(xiàng)工作還與來自威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院（Weill Cornell Medical College）海倫和羅伯特阿佩爾阿爾茨海默病研究所（Helen and Robert Appel Alzheimer’s Disease Research Institute）的甘莉教授的團(tuán)隊(duì)合作。

李云、 Shen 和甘莉?qū)嶒?yàn)室將繼續(xù)使用更復(fù)雜的模擬人類大腦的模型系統(tǒng)，如人類大腦類器官，來擴(kuò)大AD風(fēng)險變異的分析。

創(chuàng)立于1789年的北卡羅來納大學(xué)

參考文獻(xiàn)

Source：University of North Carolina Health Care

Researchers connect Alzheimer’s-associated genetic variants with brain cell function

Reference：

Yang, X., Wen, J., Yang, H. et al. Functional characterization of Alzheimer’s disease genetic variants in microglia. Nat Genet (2023). https://doi.org/10.1038/s41588-023-01506-8

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       原文標(biāo)題 : 研究人員將阿爾茨海默病相關(guān)的基因變異與腦細(xì)胞功能聯(lián)系起來