研究人员将在单个细胞中整合了两种测序技术，以发现与阿尔茨海默病、路易体痴呆和帕金森病相关的新mRNA变异。
神经退行性疾病导致大脑功能逐渐衰退，这在理解和治疗上带来了显著挑战。这些普遍存在的疾病影响着全球数百万人；然而，尝试创造新疗法的努力在很大程度上未能取得成功。
在圣迪戈的桑福德·伯恩汉姆·普雷比斯研究所，科学家们通过深入了解神经退行性疾病如何影响脑细胞，探索潜在治疗的新途径。
研究由 Jerold Chun 博士（医学博士/哲学博士），桑福德·伯恩汉姆·普雷比斯研究所退行性疾病项目教授领导，研究结果于2024年12月10日在eNeuro上发表。此项研究涉及结合两种单细胞测序技术，以识别与阿尔茨海默病（AD）、路易体痴呆（DLB）和帕金森病（PD）相关的新mRNA特征。基因可以通过一种称为可变剪接的过程生成多种类型的信使RNA（mRNA），从而形成多个蛋白质形式，这些形式被称为异构体。
研究团队在本研究中实施了两种形式的单细胞核RNA测序（snRNAseq），建立在Chun及其合作者在2016年发表在科学上的一项重要出版物的基础上，该出版物涉及snRNAseq在人脑研究中的应用。
“目前，snRNAseq是分析人脑单细胞转录组的基准，”Chun说。“鉴于大脑中细胞组合复杂，且有无数连接，其他单细胞技术更容易受到周围材料的污染。”
该挑战通过snRNAseq得到解决，snRNAseq能够分离样本中每个细胞的细胞核，使研究人员能够检查包含生成新蛋白质的遗传蓝图的RNA分子。
“然而，标准单细胞测序通常使用短读测序，”该项目主要作者、Chun实验室的博士后研究员Christine Liu解释道。“该方法一次读取100到150个碱基对，并与参考基因组进行比较。”
这些比较有助于将较短的序列映射到参考序列。任何与参考基因组的变异称为变体。然而，使用短读来重建整体图景存在局限性。
“短读测序在特定类型的序列变体上存在困难。为了改善我们对这些序列的捕获，我们还采用了长读测序，该方法一次读取5000到30000个碱基对，并不依赖于与参考基因组的映射，”Chun说道。
研究团队将这两种方法应用于来自25名被诊断为AD、DLB或PD的捐赠者的尸检大脑组织的单细胞，以及来自健康捐赠者大脑的样本作为对照。对超过165,000个细胞进行了分析，重点是对以往研究中与这些神经退行性疾病最相关的50个基因的mRNA进行长读测序。
结果揭示了所有50个目标基因的新mRNA序列，这些序列以前的测序工作中未被识别。
“通过结合短读和长读测序，我们观察到这些基因中显著的mRNA异构体多样性，包括那些在短读数据中未显示差异表达的基因，”Liu指出。“在某些情况下，新识别的转录本似乎构成了总异构体的很大一部分。”
“我们的研究结果加强了早前发现的关于大脑转录组中约75%的mRNA仍然未知的论点，”Chun提到2021年PNAS论文，这篇论文强调发现了数十万的新mRNA转录本。“我们还有很多关于这些新mRNA以及它们如何随疾病而演变的内容需要了解。”
研究团队还在调查这些转录本产生的新型蛋白质。
“新mRNA异构体的出现表明在病态大脑和细胞中产生了新蛋白质，”Chun说，“这可能会揭示以前未被识别的治疗干预目标，以便为这些广泛且严重的疾病寻找治疗方案。”
此次研究的额外贡献者包括桑福德·伯恩汉姆·普雷比斯的Chris Park、Tony Ngo、Janani Saikumar、Carter R. Palmer、Anis Shahnaee和William J. Romanow。
本研究由美国国立卫生研究院（R01AG071465和R01AG065541）、美国国立普通医学科学研究所（T32GM007752）、美国国防部（W81XWH-21-10642）及包括Bruce Ford和Anne Smith Bundy基金会、Larry L. Hillblom基金会和加州再生医学研究所（EDUC4-12813-01）在内的若干基金会提供资助。
