מחקר חושף כיצד אלמנטים הניתנים להעברה במוח המושפעים מאלצהיימר יכולים להחזיק את המפתח לגישות טיפוליות חדשות, כאשר מדענים חושפים את הקשרים הגנטיים מאחורי הפרעות מולקולריות אלו.
לִלמוֹד: הפרעה בוויסות האלמנטים הנפוצים במוח מזדקן של בני אדם עם מחלת אלצהיימר. קרדיט תמונה: Tushchakorn / Shutterstock.com
לאחרונה אלצהיימר ודמנציה מחקר כתב עת מאפיין חוסר ויסות של ביטוי של אלמנטים ניתנים להמרה (TE) באמצעות מבחני CRISPR Interference (CRISPRi) כדי לזהות באופן ניסיוני TEs הקשורים למחלת אלצהיימר (AD).
מה הם TEs?
TEs, הידוע גם כטרנספוזונים, אלמנטים ויראליים או גנים קופצים, מהווים כ-45% מהגנום האנושי. מנגנונים אפיגנטיים, כגון שינויים בהיסטונים ומתילציה של DNA, יכולים להשתיק תעתוק TEs.
המשמעות התפקודית של TEs יורדת באופן משמעותי עם ההזדקנות ובמטופלים עם הפרעות נוירודגנרטיביות, כגון AD. מחקרים קודמים באמצעות רקמות מוח אנושיות לאחר המוות ו תסיסנית מלנוגסטר מודלים דיווחו שחלבון טאו מפעיל הפעלת TE, המקושרת לחתימת כרומטין פעילים בלוקוסים גנומיים מרובים של רטרו-וירוס אנדוגני (ERV).
הפעלת TE חיונית גם במהלך התפתחות נוירו-עצבית, מה שמרמז כי ויסות TE במוח הוא מאפיין נפוץ לאורך חיי האדם. במהלך התפתחות מוח העכבר, רמות גבוהות יותר של ERV בנוירונים נקשרו לתגובות דלקתיות ומיקרוגליה מופעלת.
דיכוי של משפחות ארוכות-טרמינליות חוזרות (LTR) ופאנל של אלמנטים גרעיניים ארוכים משולבים (LINEs) מוביל לפנוטיפים ניווניים ב-TDP-43 אנושי תסיסנית נוירונים וגליה, אותם ניתן להציל על ידי חסימת הביטוי של TE. לכן, הפרעות מוח הקשורות להזדקנות יכולות להיות מטופלות גם על ידי מיקוד טיפולי ל-TEs.
לפיכך, חיוני להבין טוב יותר את המנגנונים המעורבים בחוסר ויסות TE במוח האדם המזדקן.
לגבי המחקר
ביטוי TE וחוסר ויסות על פני פתולוגיות AD מרובות נותחו באמצעות שתי גישות משלימות. נתוני רצף חומצה ריבונוקלאית (RNA) (RNA-seq) התקבלו משלושה ביו-בנקים במוח, כולל בנק המוח של הר סיני (MSBB), Mayo Clinic (Mayo), ומחקר סדרי דת (ROS) או Rush Memory and Aging Project (MAP) ) (ROS/MAP). פרופילים תעתיקים של TE עם נתוני ריצוף גנום שלם (WGS) נחשבו לזהות גנים האחראים לשליטה בביטוי TE.
ממצאי המחקר
בסך הכל זוהו 26,188 מוקדי תכונה כמותיים (teQTLs) בעלי משמעות TE-תיווך של TE (teQTLs) במוח האנושי. כדי לבודד את מוקדי הסיכון הקשורים לחוסר ויסות TE, בוצע ניתוח קולקליזציה על ידי שימוש במערכי נתונים של מחקר גנום רחב של AD (GWAS) עם QTLs מתילציה של DNA (meQTLs), teQTLs, QTLs ביטוי גנים (eQTLs) ו-H3K27 היסטון אצטילציה QTLs (haQTLs) .
מפות אינטראקטום משפר-מקדם ותאי מוח אנושיים ספציפיים ומבחני CRISPRi בוצעו על נוירונים מעוררים שמקורם בתאי גזע פלוריפוטנטיים (iPSC). מבחני אלו שימשו כדי לבסס את הקשר הרגולטורי בין TE מווסת וגן המטרה הפוטנציאלי שלו, C1QTNF4, ו אלמנט גרעיני קצר ובינוני (SINE).
חוסר ויסות TE ב- AD היה קשור לנוירופתולוגיה עמילואידית, פתולוגיה של טאו ואפוליפופרוטאין ε4 (APOE ε4) גנוטיפים. חוסר ויסות זה היה ספציפי למין ולתא.
ניתוח ה-colocalization גילה ש-upregulation ב-TEs היה קשור לשינויים בביטוי הגנים, כולל C1QTNF4, wנמצא בנוירונים אנושיים שמקורם ב-iPSC של חולי AD. ממצאים אלה מדגישים את היעילות של QTL ככלי אנליטי לזיהוי גנים הקשורים לסיכון ל-TE ב-AD.
נעשה שימוש בהרמוניזציה של AMP-AD RNA-seq כדי לשמור על הטרוגניות קלינית בין דגימות. גישה זו אפשרה זיהוי של TEs הניתנים לשחזור המבוססים על לוקוס ואזור ספציפיים באופן דיפרנציאלי בין ביו-בנקים מוחיים של Mayo ו-ROS/MAP.
ERV1 היה מוחל באופן משמעותי ב-MSBB ו-ROS/MAP ביובנקים. עם זאת, ביטוי היתר של LINE-1 ו-ERVs נצפה גם בדגימות ביו-בנק המוח של Mayo וגם ב-ROS/MAP. ניתוח סדר כרונולוגי של TEs של תת-משפחת LINE-1 הצביע על כך ש-L1HS, L1PA ו-L1PB רגישים יותר במוחות מזדקנים של בני אדם עם AD.
בהתאם לדיווחים הקודמים, המחקר הנוכחי ראה ירידה בביטוי TE במוחות AD מזדקנים של בני אדם. פעילות TE מופחתת יכולה גם להשפיע על התגובה החיסונית של המארח.
מספר TEs מבוססי לוקוס היה פרופורציונלי לאורך הקריאה ברצף (MSBB). יש לציין כי קריאות רצף ארוכות יותר, כגון קריאות רצף ננופוריות באוקספורד, יכולות לאפשר יצירת תמלילים נוספים של TE.
נתוני RNA-seq מסוגי תאים ממוינים באמצעות פלואורסצנציה (FACS) באמצעות דגימות תאי מוח קפואות הצביעו על APOE הפעלת TE ספציפית ל-ε4 מ-SINE במיקרוגליה. הממצאים הניסויים מדגישים גם את התפקיד האפשרי של TEs ברשתות ויסות גנים ספציפיות למין.
מסקנות
המחקר הנוכחי זיהה חוסר ויסות TE נרחב במוח מזדקן של בני אדם עם AD. TE מופעל עשוי לייצר RNA דו-גדילי (dsRNA), RNAs קטן (sRNAs), RNAs מפריע, ו-P-element-induced Wimpy testis (PIWI)-RNAs (piRNAs), אשר עשויים להשפיע על גנים קרובים הקשורים לתגובה הדלקתית.
כדי לקבוע את התפקיד התפקודי המדויק של TEs בעתיד, יש לזהות מנגנונים ביולוגיים המעורבים בהפעלת TE, שינויים בכרומטין וחוסר ויסות של גן מטרה.
