全基因組關(guān)聯(lián)研究可以揭示變異與疾病的關(guān)聯(lián)，但不能有效解釋這些變異如何影響基因表達或病理情況的發(fā)生。在3月21日的《自然遺傳學(xué)》雜志上，紐約哥倫比亞大學(xué)的Vilas Menon和Philip De Jager團隊報道，許多遺傳變異不僅影響某些類(lèi)型的腦細胞的基因表達，而且還影響這些細胞中特定亞型的基因表達。他們在ROS/MAP縱向隊列的424人中發(fā)現了8099個(gè)受此調控的基因。其中一些變異與阿爾茨海默氏癥和帕金森病基因座重疊，提示它們可能調節病理情況的發(fā)生。其中有一種變異僅在小膠質(zhì)細胞中上調APOE表達。與未攜帶者相比，攜帶者腦淀粉樣血管病變更為嚴重，但斑塊或纏結并未增多。

波士頓布里格姆婦女醫院Oleg Butovsky教授評價(jià)稱(chēng)，這項研究提供了新的研究思路。香港科技大學(xué)卜國軍教授贊同，認為這些關(guān)聯(lián)研究為神經(jīng)生物學(xué)家提供了新線(xiàn)索，可以使用動(dòng)物、細胞或其他模型進(jìn)行驗證。

De Jager、Menon教授及其團隊對來(lái)自英國和荷蘭的兩個(gè)腦庫中192名成人的皮層組織進(jìn)行單核RNA測序，確定了包含單核苷酸多態(tài)性(SNPs)的數量性狀基因座(eQTL)，這些多態(tài)性改變了7600個(gè)臨近基因的表達。大約一半的所謂eGenes在八種腦細胞類(lèi)型中的一種中特異性表達。那么，在特定亞型細胞是什么樣的情況呢？

為了解開(kāi)疑問(wèn)， Fujita、Gao和Zeng教授分析了424名ROS/MAP供體的背外側前額葉皮層組織全基因組測序和SnRNA-Seq數據。其中，認知正常者占三分之一，輕度認知障礙者占26%，癡呆癥患者占40%。前額葉皮層細胞分7種類(lèi)型和64種亞型。在細胞類(lèi)型層面，研究人員確定了10,000個(gè)受eQTL影響的基因，即eGenes。其中，約50%基因的表達變化僅體現在一種細胞類(lèi)型。在研究細胞亞型時(shí)，他們發(fā)現了8099個(gè)eGenes，其包括2000個(gè)在細胞類(lèi)型層面并未發(fā)現的eGenes基因，這表明僅研究混合細胞樣品的變化可能會(huì )遺漏功能影響的信息。作者總結說(shuō)“對單樣本進(jìn)行更大量的細胞核測序可能比單純增加樣本量（participant）更重要?！?/span>

研究人員并未解釋這些基因影響的模式，但研究了與阿爾茨海默?。ˋD）相關(guān)的候選基因，如APOE。雖然除內皮細胞外，所有細胞都表達該基因，但存在rs2288911這一SNP的小膠質(zhì)細胞中特異地上調了該基因。SNP附近存在一個(gè)甲基化和乙?；稽c(diǎn)，分別是一個(gè)活躍的啟動(dòng)子和增強子，提示可以調節APOE的表達。結果還表明，盡管基因在多種細胞類(lèi)型或亞型中表達，但某些遺傳變異可能僅影響特定細胞（subset of cells）的基因表達。

Cells and eGenes. 興奮性神經(jīng)元（Exc）具有最多的eGenes，其次是抑制性神經(jīng)元（Inh），再次是星形膠質(zhì)細胞（Ast）、少突膠質(zhì)細胞（Oli）、少突膠質(zhì)祖細胞（OPCs）、小膠質(zhì)細胞（Mic），最后是內皮細胞（End）。 [Courtesy of Fujita et al., Nature Genetics, 2024.]

此前， GWAS已將rs2288911標記為與AD風(fēng)險增加有關(guān)。SNP可能通過(guò)提高微小出血風(fēng)險參與AD的發(fā)病。 rs2288911攜帶者腦淀粉樣血管病(CAA)更嚴重，但不影響斑塊和纏結程度。Bu教授指出：“小膠質(zhì)細胞ApoE基因型在CAA發(fā)展中可能起很關(guān)鍵的作用” ，但rs2288911攜帶者腦淀粉樣血管病與APOE4無(wú)關(guān)（APOE4是一種增加淀粉樣蛋白沉積的等位基因）。據此，rs2288911可能有助于在抗淀粉樣免疫治療試驗中，對存在淀粉樣蛋白相關(guān)成像異常風(fēng)險的人群進(jìn)行分組/分類(lèi)。

其他SNP更具選擇性，僅影響單一細胞亞型的表達。GWAS發(fā)現，TMEM106B內含子SNP的主要等位基因rs5011436與AD相關(guān)。該SNP不僅控制單個(gè)eGene，還調控以轉錄因子Cux2表達為特征的一整類(lèi)興奮性神經(jīng)元亞型，這表明這些神經(jīng)元可能位于大腦上層。rs5011436的主要等位基因減少了興奮性神經(jīng)元數量，同時(shí)增加TMEM106B的表達。這種溶酶體蛋白表達過(guò)多會(huì )導致溶酶體腫脹、功能障礙，引發(fā)額顳部癡呆。這種精細控制表明SNP影響AD患病風(fēng)險。

Risk eGenes? AD(左)和PD(右)的GWAS SNPs與特定的eGenes共定位(co-localize)。它們的表達（紅色標尺）隨細胞類(lèi)型（頂部顏色編碼，底部標記）而異，其中小膠質(zhì)細胞（紫色）在A(yíng)D中受影響的基因最多，而神經(jīng)元（綠色）在PD中受影響最多。 [Courtesy of Fujita et al., Nature Genetics, 2024.]

這些eGenes可能與已知AD風(fēng)險基因重合嗎？研究人員將eGenes與已知AD和癡呆癥的GWAS進(jìn)行比較。他們測試的20個(gè)AD基因座映射到21個(gè)不同eGenes上，這些eGenes在包括小膠質(zhì)細胞中的Bin1、Picalm和CDAP2在內的各種細胞類(lèi)型中表達（上圖）。這些細胞中有最多的eGenes，再次暗示它們與AD有關(guān)。PD的GWAS數據重復該分析，有11個(gè)PD基因座映射到13個(gè)eGenes（上圖）。其中許多在興奮性神經(jīng)元中表達，表明這些細胞在PD中特別容易受損。

以上研究結果表明，將基因變異的功能影響拓展至細胞亞型層面具有非常重要的意義。

寧波易賽騰生物科技有限公司  李福云編譯

原文鏈接：

https://www.alzforum.org/news/research-news/ad-effects-some-genetic-variants-limited-cell-subtypes