Nature Genetics将阿尔茨海默病相关的基因变异与脑细胞功能联系起来

　　在北卡罗来纳大学教堂山分校和加州大学旧金山分校的科学家们的带领下，研究揭示了与阿尔茨海默病在小胶质细胞中的功能有关的新的非编码遗传变异，小胶质细胞已经与这种经常致命的神经退行性疾病的进展有关。

　　

研究阿尔茨海默病(AD)的科学家已经在这种进行性神经退行性疾病的发展过程中，在基因组中发现了数千种基因变异。

这些变异主要位于不编码蛋白质的基因组区域，因此很难理解哪些变异会导致个体患阿尔茨海默病的风险。非编码变异曾被科学家认为是“垃圾DNA”。近年来，这些变异在控制组织和细胞类型的基因表达中起着至关重要的作用。然而，将这些非编码变异与它们调节的基因联系起来并影响ad相关功能是一项艰巨的任务。

现在，北卡罗来纳大学教堂山分校和加州大学旧金山分校的研究人员已经确定了风险变异与小胶质细胞功能的联系，以及它们是如何导致AD的。

“小胶质细胞是大脑的免疫细胞，对阿尔茨海默病至关重要，”北卡罗来纳大学医学院和北卡罗来纳大学吉林斯全球公共卫生学院遗传学和生物统计学教授Yun Li说。“我们的研究直接集中在对调节小胶质细胞很重要的关键基因组区域。我们发现的这些变异和区域将成为在小胶质细胞中进行进一步实验的一个很好的起点。”

Li和Yin Shen博士是加州大学旧金山分校人类遗传学研究所和神经病学系的副教授，他们的团队对小胶质细胞的潜在功能区域进行了详细的分析，这些区域含有与阿尔茨海默病相关的遗传变异。他们发现了181个新的感兴趣的区域，其中包含308个优先变异，这些变异在以前被认为在阿尔茨海默病中不起作用。他们的研究结果发表在《自然遗传学》杂志上。

精细制图和CRISPRi

Li和她的同事从37个与阿尔茨海默病相关的基因位点开始，优先考虑小胶质细胞中的风险变异及其潜在功能区域-称为候选顺式调控区域(cCRE)，他们进行了一个称为精细定位的过程。一次一个位点，他们研究了相关的变异，特别考虑了表观遗传特征和3D基因组相互作用注释，表明它们在小胶质细胞中起作用的可能性。

在筛选了最有可能通过小胶质细胞的基因调控功能对AD产生影响的变异后，他们利用人类多能干细胞分化的小胶质细胞进行了CRISPR干扰(CRISPRi)筛选实验，以确定影响小胶质细胞基因表达的确切区域。

利用这种表观基因组编辑技术，研究人员可以“干扰”候选区域，看看是否有任何被测试的基因组区域会影响下游基因表达。他们发现，关闭一个区域通常会影响基因的“整个邻域”，就像电网停电一样。

“我们一直在问错误的问题，”Li说，“我们应该问，这些变异的靶基因或基因是什么影响了小胶质细胞。有时，一个变异可能会影响附近多个基因的表达。”

从芸芸众生中找出一个

此外，每个区域可能包含几个ad相关的遗传变异。然后，研究人员需要在通过基因分析确定的许多变异中确定哪些变异是因果关系。这种精确性对于理解非编码变异促进AD发展的机制至关重要。

该团队采用了一种尖端的基因组编辑技术——启动编辑，这使得他们能够一次引入一个DNA碱基替换，并评估TSPAN14 AD风险位点上的个体变异功能。通过这种方法，他们能够识别出一种特定的变体，将其与另一种几乎完全相关且位于同一cCRE区域的变体区分开来，从而负责TSPAN14的表达。

将非编码变异与基因表达以外的功能联系起来

更重要的是，该变异进一步对一系列下游细胞过程产生负面影响，包括ADAM10蛋白的成熟和小胶质细胞中可溶性TREM2的切碎。由于已知上述三个基因都是AD的风险基因，因此该研究成功地将AD非编码变体与小胶质细胞中不受基因表达控制的功能联系起来。

Li说，他们的研究结果将作为一个新的基础，其他研究人员可以从中发现更多的阿尔茨海默病的因果变异，预测疾病的风险，并开发更有效的治疗方法。这项工作也是与来自威尔康奈尔医学院海伦和罗伯特·阿佩尔阿尔茨海默病研究所的李干小组合作完成的。

Li, Shen和Gan实验室将继续使用更复杂的模拟人类大脑的模型系统(如人类大脑类器官)来扩展对AD风险变异的分析。