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研究人员揭示环状RNA或可成为阿尔兹海默症的临床新指标

2019-11-01   浏览量:  文章来源: 世界医疗网

核心提示:circRNA的表达与AD的诊断、临床痴呆的严重程度和神经病理学的严重程度之间存在显著的相关性

  2019年10月7日,来自美国华盛顿大学医学院的Carlos Cruchaga教授研究团队在Nature Neuroscience上在线发表题为An atlas of cortical circular RNA expression in Alzheimer disease brains demonstrates clinical and pathological associations的文章,对阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease,AD)患者中circRNA的差异表达及其与AD临床和神经病理学严重程度的关系进行了全circRNA转录组分析,提出circRNA与AD发生发展进展关系密切,并有望成为临床早期诊断的新靶标。

  AD病因和发病机制的研究瓶颈

  AD是世界卫生组织公认的全球公共卫生重点。AD是一种由多种原因引起的、不可逆转的神经退行性疾病,是痴呆中最常见的一种类型,主要表现为进行性记忆丧失、认知功能障碍、注意力散漫、情感障碍、人格变化等特点,在疾病的最后阶段,患者表现为卧床不起,需要24小时护理,最终致命。

  研究发现,AD的病理学特征主要为β淀粉样蛋白(beta-amyloid protein,Aβ)在大脑皮层和海马区沉积形成老年斑、神经元细胞内神经纤维缠结及脑皮层和海马区神经细胞减少,胆碱乙酰转移酶(ChAT)和乙酰胆碱(Ach)含量显著减少。AD的发病与年龄、遗传因素及环境因素密切相关,然而,到目前为止,仍不能在早期阶段确诊AD,且该病的病因和发病机制仍未完全研究清楚。

  什么是环状RNA?

  环状RNA(circRNA)是一类特殊的内源性非编码RNA分子,在活体中有时也有表达。与线性RNA(如mRNA、microRNA和lncRNA等)具有5’帽子和3’尾巴的结构不同,circRNA是通过反向剪接形成的共价闭环结构。

  环形RNA转录早在上世纪90年代就被发现了,但是限于当时的技术和知识水平,科研工作者并不能对其进行充分而详实的研究。直到转录组测序和生物信息学分析出现新的进展,人们发现circRNA在哺乳动物细胞中的高丰度、高稳定性和高保守性,才使得其重新获得研究者的重视。

  越来越多的研究证实,circRNA可以通过吸附microRNA、与RNA结合蛋白相互作用或调节转录来调控基因的表达,甚至可以翻译产生多肽。更重要的是,circRNA表达的组织特异性调控已被发现与许多疾病的发生和发展密切相关,包括各种癌症、心血管疾病和神经系统疾病。

  研究发现circRNA在神经系统中高度表达,且在突触中富集。在大脑中,circRNA的表达可以独立于其线性转录表达,并且可能是一个基因中表达量最高的亚型。脑内circRNA在发育和对神经元兴奋的反应中也受到一定程度的调控。已有研究发现一个可以调节特定microRNA和突触功能的circRNA——CDR1-AS在AD大脑中表达下调。

  问题

  基于以上研究,在AD的发生发展过程中,circRNA扮演着什么样的角色呢?circRNA的存在是否对于AD的诊断、治疗有着至关重要的作用呢?

  最新研究

  来自美国华盛顿大学医学院的Carlos Cruchaga教授研究团队的分析研究建立在调用和量化来自两个独立的RNA-seq数据库中的circRNA数据,这两个数据库的数据均来源于神经病理学证实了的AD病例和对照脑组织。

  研究人员利用STAR软件进行嵌合读取检测模式,将两个RNA-seq数据库的数据与GENCODE注释的人类参考基因组(GRCh38)进行匹配,利用DCC软件进一步处理和过滤嵌合读数,以识别反向剪接连接处,然后将此数据折叠至它们的起源线性基因上,生成一组高度可靠的circRNA数据以用于下游分析。

  随后,研究人员使用DESeq2软件对神经病理学AD病例及对照进行circRNA差异表达分析,并与临床AD定量指征——Braak评分(从神经病理学角度评估AD严重程度,由脑内神经原纤维缠结的数量和分布决定)和临床痴呆评分(CDR,认知障碍的临床测量指标)进行相关性分析。

  结果表明,circRNA的表达与AD的诊断、临床痴呆的严重程度和神经病理学的严重程度之间存在显著的相关性。与此同时,还证明大多数circRNA-AD相关性与同源线性mRNA的表达或预估的脑细胞类型比例的变化无关,并且某些circRNA的表达变化在AD的不同皮质区域是一致的。

  进一步研究还显示,与已知的两个因素——APOE4等位基因的数量(AD最常用的遗传风险因子)和神经元估计比例——相比,circRNA的变化能更好的反映AD特征;此外,AD相关的circRNA与已知的AD基因存在共表达关系,并且这些circRNA存在潜在的microRNA结合位点,可以用于预测以AD基因为靶点的microRNA。

  综上所述,即使没有人口统计学或APOE4危险因素数据,circRNA的表达也能对AD的病情产生很强的预测能力;同时,结合circRNA在脑脊液和血浆等生物体液中的相对稳定性以及它们在外泌体中的富集的特点,circRNA也可能会被用作症状前和症状性AD以及其他潜在的神经退行性疾病的外周生物标志物。

  研究再次强调了分析非线性RNA的重要性,并为未来探索circRNA在AD发病机制中的潜在作用的研究提供了方向。

  本文整理:江映雪

  执行主编:尹学兵

  值班编辑:蓝龙莲

  本文来源:科技部、搜狐


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