Jerold Chun最近领导的研究表明，阿尔茨海默病患者的脑囊泡携带独特的基因指令，可能有助于疾病的进展。该研究发现了与炎症相关的全长mrna和独特的基因表达模式的显著存在，为阿尔茨海默病的病理和早期发现和治疗的潜在途径提供了新的见解。这张细胞外囊泡的肖像是用共聚焦激光扫描显微镜拍摄的。用荧光染料染色膜。资料来源:巴塞尔大学tomajo Einfalt
在最近发表在《细胞报告》上的一项研究中，研究人员Jerold Chun，医学博士和他的团队发现，这些囊泡中包含的分子指令在阿尔茨海默病患者提供的死后脑样本中差异很大。
研究人员将这项研究中观察到的微小脑泡称为小细胞外囊泡(sev)。这些微小的生物水球是由体内大多数细胞产生的，用来运送各种各样的蛋白质、脂质和细胞代谢的副产品，以及受体细胞用来构建新蛋白质的RNA核酸代码。
由于这种具有生物活性的“货物”很容易引起其他细胞的变化，科学家们对将大脑sev作为传递正常和错误折叠蛋白质指令的媒介很感兴趣，这些错误折叠蛋白质会随着阿尔茨海默病等神经退行性疾病的进展而积聚在大脑中。
免疫荧光法验证原代细胞培养纯度。资料来源:春实验室
要成为积累无用蛋白质的潜在贡献者，sev必须携带有足够信息的蓝图，使其他细胞能够产生有问题的蛋白质。大多数先前的研究表明，携带蛋白质计划的信使RNA (mRNA)被切成太多较短的片段，使受体细胞无法改变其结构模式。
“在我们的研究中，我们发现情况正好相反，”Sanford Burnham Prebys遗传疾病和衰老研究中心的教授Chun说。“我们通过使用一种相对较新的DNA测序技术，即PacBio长读测序，鉴定了1万多个全长mrna。”
研究的详细结果
研究小组从12个死后大脑样本的前额皮质中分离出sev，这些样本分别来自诊断为阿尔茨海默病的患者和12个未患阿尔茨海默病(或任何其他已知神经系统疾病)的捐赠者。近80%已鉴定的mrna是全长的，允许它们被受体细胞转录成可存活的蛋白质。
“为了证实人类样本中长读测序的结果，我们还研究了从小鼠细胞中分离出来的囊泡，”第一作者，桑福德伯纳姆普雷比斯的博士后Linnea Ransom博士说。“我们在三种脑细胞类型:星形胶质细胞、小胶质细胞和神经元中发现了相似的78%至86%的全长转录本。”
使用负染色透射电镜确认小鼠神经元(如上图所示)以及小鼠星形胶质细胞和小胶质细胞中小细胞外囊泡的分离。资料来源:春实验室
除了分析和验证脑sEV中mRNA长度的结果外，研究人员还比较了sEV mRNA转录组中反映的基因序列。在阿尔茨海默病样本中，700个基因表达增加，而近1500个基因活性降低。
科学家们确定，这700个上调的基因与炎症和免疫系统激活有关，这符合阿尔茨海默病等神经退行性疾病中已知的大脑炎症模式。研究人员还发现，在之前的全基因组关联研究中，许多与阿尔茨海默病相关的基因也存在于阿尔茨海默病的sev中。
Chun说:“这些囊泡中基因表达的变化揭示了一种炎症特征，这可能是阿尔茨海默病发展过程中大脑疾病过程的一个窗口。”
在这项研究之后，Chun和团队将深入研究细胞如何包装sev以及封闭的mRNA代码如何导致阿尔茨海默病中受影响的其他脑细胞的功能变化。更好地了解sev及其mRNA含量可能有助于发现可用于改善阿尔茨海默病和其他潜在神经系统疾病早期检测的生物标志物，同时确定新的疾病机制以提供新的治疗靶点。
“此外，sev自然地作为细胞之间运输生物活性货物的载体，因此也有可能利用它们作为未来大脑治疗的靶向递送系统，”Chun说。
参考文献:“人类大脑细胞外小泡含有选择性包装的全长mRNA”，作者:Linnea S. Ransom, Christine S. Liu, Emily Dunsmore, Carter R. Palmer, Juliet Nicodemus, Derya Ziomek, Nyssa Williams和Jerold Chun, 2024年4月4日，Cell Reports。DOI: 10.1016 / j.celrep.2024.114061
这项研究得到了美国国家老龄化研究所(R01AG065541和R01AG071465)、美国国家普通医学科学研究所(T32GM007752)和国际扶轮社的支持。
