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                              探索阿爾茲海默癥遺傳新機制
                              [ 發布日期:2024-1-16 13:48:34    閱讀次數:871 ]

                              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數據相結合,系統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位點通過遠距離染色體相互作用調控靶基因表達,并影響小膠質細胞生理功能,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退行性疾病,其發病機制至今尚未完全闡明,目前還沒有徹底治愈的方法。最近的研究已經確定TREM2是AD的一個危險因素。越來越多的證據表明,TREM2可以影響中樞神經系統(CNS)和外周神經系統的脂質代謝。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胞外區包括單個免疫球蛋白結構域和柄區,研究發現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,病毒感染可導致多種神經退行性疾病的罹患風險顯著升高。通過PCHi-C和ATAC-seq生成類小膠質細胞的全面表觀基因組,結果發現,開放性增加的區域富含免疫反應中關鍵轉錄因子的結合位點;大多數差異表達基因與染色質開放性變化或顯著互作變化沒有關聯,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開放性,也即這些基因處于激活準備狀態;遠端染色質開放性和相互作用同時發生變化的區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,并且其遠端區域含有兩個優先考慮的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,篩選優先考慮的AD風險變異,識別新的風險的候選順式調控元件(cCRE)及其靶基因。利用CRISPRi篩選和靶向scRNA-seq的組合,在人源的類小膠質細胞中驗證優先考慮的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狀態影響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,發現只有rs7922621編輯后的類小膠質細胞中,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,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增強子區域的染色質開放性,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細胞失去了對AD發病機制的抵抗能力,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、新藥研發以及開發個體化療法的能力具有指導意義??焖贉蚀_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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