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探索阿尔兹海默症遗传新机制
[ 发布日期:2024-1-16 13:48:34    阅读次数:202 ]

2023年8月,加州大学旧金山分校 (University of California, San Francisco) 沈音课题组及北卡罗来纳大学教堂山分校 (University of Northa Carolina, Chapel Hill)李蕴课题组在Nature Genetics(IF:41.4)上发表题为 Functional characterization of Alzheimer’s disease genetic variants in microglia 的论文,将表观遗传学信息与GWAS数据相结合,系统性鉴定了与阿尔兹海默症高度相关的遗传位点,并利用单细胞CRISPR干扰筛选技术阐释了多个阿尔兹海默症关联位点通过远距离染色体相互作用调控靶基因表达,并影响小胶质细胞生理功能,为进一步解析阿尔茨海默病的遗传机制、提升诊断与治疗能力奠定了基础。

 

研究背景

 

阿尔兹海默症(Alzheimer's Disease,AD)是老年人群中最常见的一种神经退行性疾病,其发病机制至今尚未完全阐明,目前还没有彻底治愈的方法。最近的研究已经确定TREM2是AD的一个危险因素。越来越多的证据表明,TREM2可以影响中枢神经系统(CNS)和外周神经系统的脂质代谢。TREM2基因突变,导致功能缺失,引起Aβ蛋白沉积,增加患AD风险。TREM2胞外区包括单个免疫球蛋白结构域和柄区,研究发现在髓样细胞受到诸如Toll样受体配体或炎性细胞因子刺激信号激活后,胞外结构域会受到α-分泌酶解体蛋白ADAM17或ADAM10在柄区处的切割,释放可溶形式的TREM2(sTREM2)至胞外,使细胞表面膜结合TREM2水平迅速降低。当前已确证sTREM2可用来当作AD疾病检测的标志物

本研究中sTERM2采用Bio-Techne子品牌ProteinSimple全自动微流控ELISA系统Ella检测。


研究结果

 

该研究利用人源多能干细胞分化成类小胶质细胞(与阿尔茨海默症最相关的细胞类型),在干扰素-β(IFNβ)刺激下模拟病毒感染状态,病毒感染可导致多种神经退行性疾病的罹患风险显著升高。通过PCHi-C和ATAC-seq生成类小胶质细胞的全面表观基因组,结果发现,开放性增加的区域富含免疫反应中关键转录因子的结合位点;大多数差异表达基因与染色质开放性变化或显著互作变化没有关联,但大部分差异表达基因启动子在未受IFNβ刺激前呈正向的染色质开放性,也即这些基因处于激活准备状态;远端染色质开放性和相互作用同时发生变化的区域具有更高的转录变化概率,其中包含在免疫激活和细胞存活中起着重要作用的MS4A6A,并且其远端区域含有两个优先考虑的AD风险变异,rs636317和rs636341。

再将其与AD的风险位点整合,进行精细定位分析,筛选优先考虑的AD风险变异,识别新的风险的候选顺式调控元件(cCRE)及其靶基因。利用CRISPRi筛选和靶向scRNA-seq的组合,在人源的类小胶质细胞中验证优先考虑的AD风险位点,包括四个精细定位的位点(PICALM、BIN1、INPP5D和SLC24A4/RIN3)以及TREM2位点,在IFNβ刺激后干扰这五个CREs时,基因表达受到抑制。

 

两个位于同一个ATAC-seq peak上的变异位点rs7922621和rs7910643,它们与AD风险相关,但只有rs7922621可以通过改变开放染色质状态影响TSPAN14基因的表达。使用prime editing技术进一步验证,将rs7922621和rs7910643的风险等位基因转换为非风险等位基因,发现只有rs7922621编辑后的类小胶质细胞中,TSPAN14的表达升高,并且细胞表面的ADAM10水平增加,sTREM2水平也增加。结果表明,rs7922621是导致TSPAN14下调,细胞表面ADAM10水平和sTREM2水平下降,以及AD风险增加的因果变异。
 

该研究提出了一个模型:rs7922621风险等位基因(A/C)降低了TSPAN14增强子区域的染色质开放性,导致TSPAN14的转录水平下降。TSPAN14基因的表达下降进而影响了它与ADAM10的相互作用,导致细胞表面的ADAM10水平下降。细胞表面的ADAM10水平下降进一步导致sTREM2水平的下降。sTREM2水平的下降使得小胶质细胞失去了对AD发病机制的抵抗能力,从而增加了AD的风险。

综上,该研究通过应用一系列技术手段,找到真正的功能性位点及其调控的基因,从而深入解析了风险位点与疾病相关的功能特性,将对未来进一步探索更多的复杂疾病相关位点,精准定位致病位点和揭示遗传机制,并且提高早期诊断、新药研发以及开发个体化疗法的能力具有指导意义。快速准确检测AD相关生物标志物对于疾病的早期诊断、个体化治疗、临床试验和预后评估具有重要意义。


(文章来源:mp.weixin.qq.com
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