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探索阿爾茲海默癥遺傳新機(jī)制
[ 發(fā)布日期:2024-1-16 13:48:34    閱讀次數(shù):740 ]

2023年8月,加州大學(xué)舊金山分校 (University of California, San Francisco) 沈音課題組及北卡羅來納大學(xué)教堂山分校 (University of Northa Carolina, Chapel Hill)李蘊(yùn)課題組在Nature Genetics(IF:41.4)上發(fā)表題為 Functional characterization of Alzheimer’s disease genetic variants in microglia 的論文,將表觀遺傳學(xué)信息與GWAS數(shù)據(jù)相結(jié)合,系統(tǒng)性鑒定了與阿爾茲海默癥高度相關(guān)的遺傳位點(diǎn),并利用單細(xì)胞CRISPR干擾篩選技術(shù)闡釋了多個阿爾茲海默癥關(guān)聯(lián)位點(diǎn)通過遠(yuǎn)距離染色體相互作用調(diào)控靶基因表達(dá),并影響小膠質(zhì)細(xì)胞生理功能,為進(jìn)一步解析阿爾茨海默病的遺傳機(jī)制、提升診斷與治療能力奠定了基礎(chǔ)。

 

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(jīng)退行性疾病,其發(fā)病機(jī)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(jīng)確定TREM2是AD的一個危險因素。越來越多的證據(jù)表明,TREM2可以影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)和外周神經(jīng)系統(tǒng)的脂質(zhì)代謝。TREM2基因突變,導(dǎo)致功能缺失,引起Aβ蛋白沉積,增加患AD風(fēng)險。TREM2胞外區(qū)包括單個免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域和柄區(qū),研究發(fā)現(xiàn)在髓樣細(xì)胞受到諸如Toll樣受體配體或炎性細(xì)胞因子刺激信號激活后,胞外結(jié)構(gòu)域會受到α-分泌酶解體蛋白ADAM17或ADAM10在柄區(qū)處的切割,釋放可溶形式的TREM2(sTREM2)至胞外,使細(xì)胞表面膜結(jié)合TREM2水平迅速降低。當(dāng)前已確證sTREM2可用來當(dāng)作AD疾病檢測的標(biāo)志物。

本研究中sTERM2采用Bio-Techne子品牌ProteinSimple全自動微流控ELISA系統(tǒng)Ella檢測。


研究結(jié)果

 

該研究利用人源多能干細(xì)胞分化成類小膠質(zhì)細(xì)胞(與阿爾茨海默癥最相關(guān)的細(xì)胞類型),在干擾素-β(IFNβ)刺激下模擬病毒感染狀態(tài),病毒感染可導(dǎo)致多種神經(jīng)退行性疾病的罹患風(fēng)險顯著升高。通過PCHi-C和ATAC-seq生成類小膠質(zhì)細(xì)胞的全面表觀基因組,結(jié)果發(fā)現(xiàn),開放性增加的區(qū)域富含免疫反應(yīng)中關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn);大多數(shù)差異表達(dá)基因與染色質(zhì)開放性變化或顯著互作變化沒有關(guān)聯(lián),但大部分差異表達(dá)基因啟動子在未受IFNβ刺激前呈正向的染色質(zhì)開放性,也即這些基因處于激活準(zhǔn)備狀態(tài);遠(yuǎn)端染色質(zhì)開放性和相互作用同時發(fā)生變化的區(qū)域具有更高的轉(zhuǎn)錄變化概率,其中包含在免疫激活和細(xì)胞存活中起著重要作用的MS4A6A,并且其遠(yuǎn)端區(qū)域含有兩個優(yōu)先考慮的AD風(fēng)險變異,rs636317和rs636341。

再將其與AD的風(fēng)險位點(diǎn)整合,進(jìn)行精細(xì)定位分析,篩選優(yōu)先考慮的AD風(fēng)險變異,識別新的風(fēng)險的候選順式調(diào)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(zhì)細(xì)胞中驗證優(yōu)先考慮的AD風(fēng)險位點(diǎn),包括四個精細(xì)定位的位點(diǎn)(PICALM、BIN1、INPP5D和SLC24A4/RIN3)以及TREM2位點(diǎn),在IFNβ刺激后干擾這五個CREs時,基因表達(dá)受到抑制。

 

兩個位于同一個ATAC-seq peak上的變異位點(diǎn)rs7922621和rs7910643,它們與AD風(fēng)險相關(guān),但只有rs7922621可以通過改變開放染色質(zhì)狀態(tài)影響TSPAN14基因的表達(dá)。使用prime editing技術(shù)進(jìn)一步驗證,將rs7922621和rs7910643的風(fēng)險等位基因轉(zhuǎn)換為非風(fēng)險等位基因,發(fā)現(xiàn)只有rs7922621編輯后的類小膠質(zhì)細(xì)胞中,TSPAN14的表達(dá)升高,并且細(xì)胞表面的ADAM10水平增加,sTREM2水平也增加。結(jié)果表明,rs7922621是導(dǎo)致TSPAN14下調(diào),細(xì)胞表面ADAM10水平和sTREM2水平下降,以及AD風(fēng)險增加的因果變異。
 

該研究提出了一個模型:rs7922621風(fēng)險等位基因(A/C)降低了TSPAN14增強(qiáng)子區(qū)域的染色質(zhì)開放性,導(dǎo)致TSPAN14的轉(zhuǎn)錄水平下降。TSPAN14基因的表達(dá)下降進(jìn)而影響了它與ADAM10的相互作用,導(dǎo)致細(xì)胞表面的ADAM10水平下降。細(xì)胞表面的ADAM10水平下降進(jìn)一步導(dǎo)致sTREM2水平的下降。sTREM2水平的下降使得小膠質(zhì)細(xì)胞失去了對AD發(fā)病機(jī)制的抵抗能力,從而增加了AD的風(fēng)險。

綜上,該研究通過應(yīng)用一系列技術(shù)手段,找到真正的功能性位點(diǎn)及其調(diào)控的基因,從而深入解析了風(fēng)險位點(diǎn)與疾病相關(guān)的功能特性,將對未來進(jìn)一步探索更多的復(fù)雜疾病相關(guān)位點(diǎn),精準(zhǔn)定位致病位點(diǎn)和揭示遺傳機(jī)制,并且提高早期診斷、新藥研發(fā)以及開發(fā)個體化療法的能力具有指導(dǎo)意義??焖贉?zhǔn)確檢測AD相關(guān)生物標(biāo)志物對于疾病的早期診斷、個體化治療、臨床試驗和預(yù)后評估具有重要意義。


(文章來源:mp.weixin.qq.com
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