在阿爾茨海默病的基因決定中,善如何壓倒惡
一項(xiàng)新研究將基督城突變導(dǎo)入 APOE4 基因可以減少依賴于 APOE4 的 tau 蛋白積累、神經(jīng)炎癥和神經(jīng)變性。
格萊斯頓研究所
11月13日消息
格萊斯頓研究所(Gladstone institutes)的研究人員發(fā)現(xiàn),一種被稱為“基督城突變”(Christchurch mutation)的罕見基因變異可以阻止 APOE4 的有害作用,而 APOE4 是最常見的阿爾茨海默病的危險因素。
長期以來,人們一直知道 APOE 基因通過其三個主要變異影響阿爾茨海默病的風(fēng)險:E2(低風(fēng)險)、E3(中風(fēng)險)和 E4(高風(fēng)險)。最近,在一名沒有患阿爾茨海默病的女性身上發(fā)現(xiàn)了這種基因的一種遺傳變異,即“基督城突變”,盡管她遺傳了另一種導(dǎo)致這種非常罕見但高度侵襲性的疾病的基因,這增加了一種可能性,即基督城突變可能可以預(yù)防阿爾茨海默病。
現(xiàn)在,格萊斯頓研究所的研究人員調(diào)查了基督城突變是否也能阻止 APOE4 的有害影響?茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn),在阿爾茨海默病模型中,將基督城突變導(dǎo)入 APOE4 基因可以減少依賴于 APOE4 的 tau 蛋白積累、神經(jīng)炎癥和神經(jīng)變性。研究結(jié)果近日發(fā)表在《自然-神經(jīng)科學(xué)》(Nature Neuroscience)雜志上。
研究于2023年11月13日發(fā)表在《Nature Neuroscience》(最新影響因子:25.0)雜志上
復(fù)雜的遺傳學(xué)
2019 年,研究人員了解了哥倫比亞麥德林附近的一名女性,她逃脫了家人患早發(fā)性阿爾茨海默病的命運(yùn)。她和她的許多大家庭成員攜帶 PSEN1 基因的一種變異,這種變異會導(dǎo)致一種罕見但非常嚴(yán)重的早發(fā)性阿爾茨海默病。
然而,她還攜帶了另一種突變——APOE 基因的一個微小變化,被稱為基督城突變。幾十年前,在新西蘭基督城(Christchurch)的一個家庭中也發(fā)現(xiàn)了同樣的突變,并被證明會影響膽固醇水平和心臟病。
新西蘭第二大城市和南島第一大城-基督城
“基督城突變能導(dǎo)致如此廣泛的保護(hù),這真是令人興奮,” 新研究的資深作者、格萊斯頓研究所研究員、醫(yī)學(xué)博士黃亞東博士說,“它為新的治療干預(yù)措施打開了大門,可以模擬這種突變的有益影響。”
“由于 APOE 基督城突變,這名女性很可能免受早發(fā)性阿爾茨海默病的影響,”黃博士說,他也是格萊斯頓轉(zhuǎn)化發(fā)展中心的主任,同時也是加州大學(xué)舊金山分校(UCSF)神經(jīng)病學(xué)和病理學(xué)教授,“我們立即想知道這種突變是否也可以預(yù)防遲發(fā)性阿爾茨海默病,畢竟遲發(fā)性阿爾茨海默病占了這種疾病的絕大多數(shù)病例。”
黃的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在研究 APOE4 對腦細(xì)胞的影響,并培育出了小鼠品系,這些小鼠自身的 APOE 基因被人類的 APOE 基因取代,這也會產(chǎn)生人類的 tau 蛋白,這種蛋白會隨著年齡的增長和阿爾茨海默病而在大腦中積累。
Maxine Nelson 博士是黃教授實(shí)驗(yàn)室的前研究生,也是這篇新論文的主要作者,她和她的合作者進(jìn)一步改造了這些品系的小鼠,使其也具有基督城突變。他們還使用 CRISPR 基因編輯技術(shù)改變了人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞中的 APOE4 基因,這些干細(xì)胞是從一名阿爾茨海默病患者的血細(xì)胞中產(chǎn)生的,然后在培養(yǎng)皿中發(fā)育成成熟的神經(jīng)元。
Nelson 說:“能夠將所有這些技術(shù)結(jié)合在一起,來回答一個對研究和患者都有重大影響的問題,這是令人興奮的。”
Maxine Nelson 博士(左)和黃亞東(右)
廣泛的保護(hù)
在攜帶人類 APOE4 和 tau 基因但缺乏基督城突變的小鼠中,研究人員發(fā)現(xiàn)了許多預(yù)期的阿爾茨海默病的跡象。tau 蛋白在神經(jīng)元中積累,大腦中的神經(jīng)炎癥水平增加,被稱為疾病相關(guān)小膠質(zhì)細(xì)胞的免疫細(xì)胞變得更加普遍。
值得注意的是,將基督城突變引入這些小鼠模型可以預(yù)防或顯著減少這些異常。
通過比較細(xì)胞培養(yǎng)中產(chǎn)生 APOE4 的人類神經(jīng)元是否有基督城突變,研究人員能夠確定導(dǎo)致大腦突變有益影響的分子機(jī)制。
這些機(jī)制與 tau 蛋白從外部轉(zhuǎn)移到神經(jīng)元內(nèi)部有關(guān),這可能導(dǎo)致阿爾茨海默病的神經(jīng)元損傷。tau 蛋白的這種轉(zhuǎn)移或攝取是由一種叫做硫酸肝素蛋白聚糖(HSPGs)的細(xì)胞表面分子介導(dǎo)的,結(jié)果發(fā)現(xiàn),它受到 APOE 和基督城突變的強(qiáng)烈影響。
APOE 與 HSPGs 的相互作用在 30 年前由 Gladstone 研究者 Robert Mahley 博士證實(shí),他也是最近發(fā)表的研究的合著者。
在這項(xiàng)新的研究中,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)基督城突變強(qiáng)烈地降低了 APOE4 結(jié)合 HSPGs 的能力,這種影響導(dǎo)致神經(jīng)元 tau 蛋白攝取的顯著減少。
黃說:“結(jié)果表明,阻斷 APOE4 與 HSPGs 的相互作用可以幫助治療或預(yù)防 APOE4 基因攜帶者的阿爾茨海默病。這可以通過小分子藥物、單克隆抗體或基因治療來實(shí)現(xiàn)。然而,在開發(fā)和測試這種治療方法之前,還需要做更多的工作。”
創(chuàng)立于1979年的格萊斯頓研究所
參考文獻(xiàn)
Source:Gladstone Institutes
How good can overpower evil in the genetic determination of Alzheimer's disease
Reference:
Nelson, M.R., Liu, P., Agrawal, A. et al. The APOE-R136S mutation protects against APOE4-driven Tau pathology, neurodegeneration and neuroinflammation. Nat Neurosci (2023). https://doi.org/10.1038/s41593-023-01480-8
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原文標(biāo)題 : 在阿爾茨海默病的基因決定中,善如何壓倒惡

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