研究將阿爾茨海默病相關的基因變異與腦細胞功能聯系起來

研究阿爾茨海默病(AD)的科學家已經在這種進行性神經退行性疾病的發展過程中，在基因組中發現了數千種基因變異。

這些變異主要位于不編碼蛋白質的基因組區域，因此很難理解哪些變異會導致個體患阿爾茨海默病的風險。非編碼變異曾被科學家認為是“垃圾DNA”。近年來，這些變異在控制組織和細胞類型的基因表達中起著至關重要的作用。然而，將這些非編碼變異與它們調節的基因聯系起來并影響ad相關功能是一項艱巨的任務。

現在，北卡羅來納大學教堂山分校和加州大學舊金山分校的研究人員已經確定了風險變異與小膠質細胞功能的聯系，以及它們是如何導致AD的。

“小膠質細胞是大腦的免疫細胞，對阿爾茨海默病至關重要，”北卡羅來納大學醫學院和北卡羅來納大學吉林斯全球公共衛生學院遺傳學和生物統計學教授Yun Li說。“我們的研究直接集中在對調節小膠質細胞很重要的關鍵基因組區域。我們發現的這些變異和區域將成為在小膠質細胞中進行進一步實驗的一個很好的起點。”

Li和Yin Shen博士是加州大學舊金山分校人類遺傳學研究所和神經病學系的副教授，他們的團隊對小膠質細胞的潛在功能區域進行了詳細的分析，這些區域含有與阿爾茨海默病相關的遺傳變異。他們發現了181個新的感興趣的區域，其中包含308個優先變異，這些變異在以前被認為在阿爾茨海默病中不起作用。他們的研究結果發表在《自然遺傳學》雜志上。

精細制圖和CRISPRi

Li和她的同事從37個與阿爾茨海默病相關的基因位點開始，優先考慮小膠質細胞中的風險變異及其潛在功能區域-稱為候選順式調控區域(cCRE)，他們進行了一個稱為精細定位的過程。一次一個位點，他們研究了相關的變異，特別考慮了表觀遺傳特征和3D基因組相互作用注釋，表明它們在小膠質細胞中起作用的可能性。

在篩選了最有可能通過小膠質細胞的基因調控功能對AD產生影響的變異后，他們利用人類多能干細胞分化的小膠質細胞進行了CRISPR干擾(CRISPRi)篩選實驗，以確定影響小膠質細胞基因表達的確切區域。

利用這種表觀基因組編輯技術，研究人員可以“干擾”候選區域，看看是否有任何被測試的基因組區域會影響下游基因表達。他們發現，關閉一個區域通常會影響基因的“整個鄰域”，就像電網停電一樣。

“我們一直在問錯誤的問題，”Li說，“我們應該問，這些變異的靶基因或基因是什么影響了小膠質細胞。有時，一個變異可能會影響附近多個基因的表達。”

從蕓蕓眾生中找出一個

此外，每個區域可能包含幾個ad相關的遺傳變異。然后，研究人員需要在通過基因分析確定的許多變異中確定哪些變異是因果關系。這種精確性對于理解非編碼變異促進AD發展的機制至關重要。

該團隊采用了一種尖端的基因組編輯技術——啟動編輯，這使得他們能夠一次引入一個DNA堿基替換，并評估TSPAN14 AD風險位點上的個體變異功能。通過這種方法，他們能夠識別出一種特定的變體，將其與另一種幾乎完全相關且位于同一cCRE區域的變體區分開來，從而負責TSPAN14的表達。

將非編碼變異與基因表達以外的功能聯系起來

更重要的是，該變異進一步對一系列下游細胞過程產生負面影響，包括ADAM10蛋白的成熟和小膠質細胞中可溶性TREM2的切碎。由于已知上述三個基因都是AD的風險基因，因此該研究成功地將AD非編碼變體與小膠質細胞中不受基因表達控制的功能聯系起來。

Li說，他們的研究結果將作為一個新的基礎，其他研究人員可以從中發現更多的阿爾茨海默病的因果變異，預測疾病的風險，并開發更有效的治療方法。這項工作也是與來自威爾康奈爾醫學院海倫和羅伯特·阿佩爾阿爾茨海默病研究所的李干小組合作完成的。

Li, Shen和Gan實驗室將繼續使用更復雜的模擬人類大腦的模型系統(如人類大腦類器官)來擴展對AD風險變異的分析。

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