三代重測序助力阿爾茲海默症研究

2020-08-25 北京百邁客生物科技

2019年3月在Acta Neuropathologica雜誌（IF=15.87）發表了一篇Loss of DPP6 in neurodegenerative dementia: a genetic player in the dysfunction of neuronal excitability 文章。簡單一句話介紹就是，作者採用二代和三代Nanopore重測序數據找到了DPP6上的4M大小的倒位，並採用二代測序數據大隊列研究DPP6基因的變異對阿爾茲海默症的影響。



文獻精讀來啦，balabala~~~

摘要

新出現的證據表明，神經退行性腦疾病(NBD)中存在一種匯聚機制，早期神經網絡功能障礙和神經穩態的改變，這些都是神經退行性疾病的罪魁禍首。本研究中，作者採用二代測序和三代長read全基因組測序來研究常染色體顯性遺傳史的痴呆家族顯著關聯的7q36。他們識別並驗證了4Mb的倒位在疾病單倍型中分離，並擾亂了DPP6基因的編碼序列。在早發性阿爾茲海默症和額顳葉痴呆中，利用DPP6基因的重測序技術識別了更多罕見的非同義突變，移碼突變和無義突變。

DPP6是一個II型跨膜蛋白，有著高度結構的細胞外的結構域，並且主要在腦中表達。DPP6與鉀通道Kv4.2形成多聚體複合物，調節腦中電壓依賴性門控特性。Kv4.2在大腦中的表達在神經元興奮性中起關鍵作用。體外模擬發現患者的無義突變會改變DPP6，並降低薄膜表達進而導致蛋白的缺失。在無義突變攜帶者上可以檢測到DPP6和Kv4.2表達降低。同時DPP6的缺失會導致神經過度興奮，敲除Dpp6的小鼠的行為會發生改變。總而言之，DPP6作為痴呆研究中的新基因，能夠加強神經過度興奮，並能改變神經細胞啟動的內穩態。

測序方法

二代重測序：4個1270患病家族中第三代的子女；

三代重測序：上述4個樣品中的patient III-48以及10名無關痴呆患者和對照組樣品，採用牛津納米孔公司（Oxford Nanopore Technologies，簡稱ONT）的高通量測序平臺PromethION測序儀進行長read基因組測序，首先用Megaruptor 將DNA被打斷成35Kb，並採用BluePippin 選擇最短6kb的片段進行文庫製備和測序；

DPP6基因重測序：對558個早發性阿爾茲海默症患者（EOAD，平均發病年齡61.6±6.8）和614個額顳葉痴呆患者（FTD，平均發病年齡66.1±9.9），採用Illumina公司 Miseq測序儀對DPP6基因完整的編碼區域重測序。

分析結果

1270家族的二代測序結果

先前對1270家族的7q36的遺傳分析識別了五個不同基因（ABCF2, GALNT11, DPP6, PAXIP1, EN2 ）的七個變異，且在1270家族的疾病單倍型中是分離的。大多數這些變異是同義突變，並且只有PAXIP1 p.A660變異在對照個體中是缺失的。目前公開的基因數據（如ExAc）顯示，PAXIP1存在不同的核苷酸變化，導致同樣的沉默突變（p.A660），這使得PAXIP1不太可能具有有害影響。此外，我們沒有發現PAXIP1在患者淋巴母細胞中異常剪接的證據。

對1270家族的第三代4個患病的兄弟姐妹（III-12，III-38，III-41，III-48）進行WGS測序。選擇4個患者共有的注釋的高質量的遺傳變異，罕見的（千人基因組計劃中<1%）或者雜合的非編碼變異進行後續研究。在STR標記D7S636和D7S559上連鎖區域的位點保留了79個非編碼的變異。驗證和分離分析保留了38個非編碼變異，這些變異在1270家族的疾病單倍型中共分離。對照個體中的變異的基因型顯示4個變異對於1270家族是唯一的。其中3個變異均位於DPP6基因的1號內含子上，另一個變異位於基因間區（距SHH基因最近，27.3Kb）距離DPP6基因下遊908kb。而這四個變異在ENCODE注釋都不具有潛在的高度破壞性。

註：共分離是指在有性繁殖的後代，假如基因附近有一緊密連鎖的分子標記，在細胞減數分裂時分子標記與基因之間由於相距太近很少有機會發生交換，那麼這種分子標記與連鎖的基因有最大的可能同時出現在同一個個體中。


為了排除是連鎖區域外的編碼變異引起的疾病，作者提取了WGS數據的外顯子，並且分析了罕見的及新的編碼非同義變異。選擇四個患者共有的雜合變異（UTRs，同義和非同義）。只驗證了出現在已知的蛋白編碼基因的罕見或者新的變異。這個選擇產生了9個非同義突變，如下表，但卻在1270家族中沒有與疾病共分離。



連鎖7q36區域存在4Mb的反轉破壞了DPP6序列

作者設計引物擴增連鎖區域去證實這些變異，結果發現PCR產物在兩個7號染色體的位點比對到了相反的方向，且距離將近4Mb。7號染色體上的局部比對，證實了反向雜合低拷貝重複的出現。遠端的斷點位於7q36.2連鎖區域上，DPP6基因的1號內含子上，被預測改變了基因的編碼序列；臨近的倒位斷點位於連鎖區域之外。


作者對III-48號樣品進行三代測序去驗證前面推測的結果。作者採用PromethION測序對III-48號患者進行測序，約6X覆蓋度，得到21.2G數據。在七號染色體的149,704,610–153,786,893區域發現了倒位。而這個7q36.2倒位（在DPP6基因的1號內含子上存在斷點），卻沒有在先前的209個無關個體的二代WGS數據中被發現。同時用三代ONT平臺產生的10個痴呆患者和對照患者也都沒有出現這個倒位。


DPP6上的罕見變異與神經退行性痴呆相關

為了更好的理解DPP6對於退行性痴呆(NBD)的遺傳貢獻，作者對558個早發性阿爾茲海默症（EOAD）和614個額顳葉痴呆患者（FTD）的DPP6編碼外顯子進行測序並識別罕見的蛋白改變的變異。在2個FTD患者中識別到兩個終止密碼子突變（PTC），p.E79Gfs*9 和p.Q23O* ，且在755個對照組中是缺失的。此外，在阿爾茲海默症（AD），FTD及對照組的1號外顯子上識別到了22個錯義變異以及大小變化的Gly插入/缺失。最後發現DPP6基因上罕見變異與AD、FTD顯著的關聯。

罕見變異改變患者腦組織中DPP6表達水平

只有3個攜帶DPP6無義突變的患者的解剖大腦被凍存。這三個患者的神經病理學診斷分別是阿爾茲海默症AD，FTLD-TDP typeD（FTD行為變異和佩吉特氏骨病），FTLD-ALS type B（FTD行為變異及球類型）。結果發現三個DPP6變異(p.P509R, p.R47L, and p.D596N) 的mRNA表達水平顯著下調，並且發現p.P509R和p.R47L 攜帶者的DPP6蛋白表達水平也顯著下降。







參考文獻

Loss of DPP6, in neurodegenerative dementia: a genetic player in the dysfunction of neuronal excitability[J]. Acta Neuropathologica:1-18.

文獻地址（複製連結到瀏覽器或點擊閱讀原文獲取，如果沒有雲平臺帳號需要先註冊一下）

https://international.biocloud.net/zh/article/detail/30874922

相關焦點

  • 阿爾茲海默症的遺傳學兇手們
    目前已經發現超過50個與阿爾茲海默症相關的基因位點，表明阿爾茲海默症由多方面的因素導致。晚發性阿爾茲海默症的遺傳因素中有一半以上已經被發現，這使得研究人員能夠通過計算多基因風險分數，以高達90%的準確性預測疾病的發生。
  • 2019年終盤點:阿爾茲海默症研究進展
    阿爾茲海默症的預防與治療一直以來是醫學領域亟待解決的難題，近年來，研究者們也對此進行了不懈的努力。本文將對2019年度阿爾茲海默症領域的相關研究進行簡要盤點，希望讀者朋友們能夠喜歡。阿爾茲海默症發病機制的探索在阿爾茲海默症的發病機制方面，很多研究揭示了其病症的起源以及惡化的根本原因。
  • 雀巢聯手AC Immune初涉阿爾茲海默症研究
    而雀巢公司初涉生命科學產業時就選擇了一個非常具有挑戰性的領域——阿爾茲海默症研究。 　　提到雀巢，我們首先想到的可能是咖啡等一系列食品。但是，這家跨國企業巨頭的理想或許並不僅僅是要在食品行業中稱王稱霸。最近，雀巢公司表示已經與著名生物醫藥公司AC Immune合作，準備在生命科學領域中大展宏圖。
  • 尿液氣味有望檢測早期阿爾茲海默症
    最近有研究發現，可以通過尿液氣味檢測出阿爾茲海默症的早期症狀，為這種常見痴呆症帶來一種非侵入式的檢測方法。　　該研究報告已於14號發布在了《Scientific Reports》期刊上。研究小組使用動物模型對病毒和疫苗，對來自於人體外的物質可能引起的身體氣味變化，這一課題進行了研究。
  • 企業的「阿爾茲海默症」,該怎麼治?
    範偉飾演了一個患有阿爾茲海默症的範老師，記憶回退到了1992年，望溪村支教時最後一節課的課堂上。以幫範老師找回記憶為線索，講述了一個關於教育和師生情的打動人心的故事。　　其實不只是人,同樣企業也會得「阿爾茲海默症」。　　症狀1：數據被刪除　　許多人都熟悉《MySQL從刪庫到跑路》這樣的梗了，這是典型的誤刪除。
  • 重大發現,阿爾茲海默症竟與常見病毒感染有關!
    」在此次研究中，小組將死於阿爾茲海默症的病患大腦與正常死亡的人的大腦樣本進行比較。由於研究小組是「加速醫療合作-阿爾茨海默病（Accelerating Medicines Partnership-Alzheimer’s Disease）」財團的一員，所有的樣本數據都來自美國國立衛生研究所（National Institute of Health）三個規模較大的存儲有大腦信息的資料庫，這使得他們能夠直接獲得原始的大腦基因組序列的數據。
  • Nature爭鳴|阿爾茲海默症「裡程碑式的發現」是實驗汙染所致?
    撰文 | Qi責編 | 兮阿爾茲海默症（Alzheimer's Disease,AD）是最常見的一種以患者的記憶力減退，認知能力障礙，情緒調節異常等為特徵的神經退行性疾病該研究成果曾被置於Science官網頭版頭條報導，並被評價為點燃阿爾茲海默症的「裡程碑式的發現」。
  • 治療阿爾茲海默症 ,研究揭示新思路:給神經突觸搭橋
    原創 Insulindian 果殼如何治療阿爾茲海默症？科學家發現了一種新方法，他們讓「興奮性突觸」在腦中新生，極大程度地緩解了生病小鼠的症狀。突觸傳遞大腦信號大腦中的神經信號，需要通過突觸進行傳遞。
  • 又有研究表明40赫茲閃爍光有助於治療阿爾茲海默症
    據報導，照明研究中心（LRC）開展了一項新研究表明40赫茲紅光或有助於改善阿爾茲海默症患者的認知功能。這一項新研究表明，向健康年輕人睜開的眼睛照射40赫茲的紅光刺激可增強大腦伽馬振蕩（一種腦波，Gamma oscillations）。
  • 再生密碼:NMN11000,讓阿爾茲海默症症狀減緩甚至從根源避免
    【摘要】 阿爾茲海默症成為65歲以上老人發病率極高疾病阿爾茲海默症俗稱老年痴呆症,一種常見的神經退行性疾病,大多數患者都是在65歲以後發病。(圖片 阿爾茲海默症成為65歲以上老人發病率極高疾病阿爾茲海默症俗稱「老年痴呆症」,一種常見的神經退行性疾病,大多數患者都是在65歲以後發病。
  • 阿爾茲海默症,俗稱的「老年痴呆」可能離我們並不遠
    阿爾茲海默症患者是一個特殊的群體，他們剛開始只是丟三落四，容易忘事，後來可能健忘和糊塗更加嚴重，總是反覆談一件事情，熟悉的環境也會感到陌生，甚至可能在某一天忘記自己最愛的人。 一提到阿爾茲海默症，大家總會想到記憶力下降，有些人認為這只是人正常老化的一種現象。
  • 首個中國人群阿爾茲海默症全基因組測序研究發現新風險基因位點...
    香港科技大學深圳研究院「分子神經科學和藥物創新研究孔雀」團隊在阿爾茨海默症研究領域取得突破性進展，針對中國的患病人群首次進行全基因組測序研究，發現了與疾病發生發展有密切關係的新風險基因位點，揭示了人體免疫系統失調與阿爾茨海默症病變的關係
  • 專訪世界知名神經科學家、美國南加州大學教授梁京:阿爾茲海默症與...
    面對這一世界級難題，全球許多的科學家都投身於阿爾茲海默症的病理和治療研究，美國南加州大學教授梁京就是其中之一。作為「支撐蛋白-抑制神經受體」理論奠基人，梁京主攻阿爾茲海默症已有20餘年。為何要窮盡畢生之力研究阿爾茲海默症？
  • 患了阿爾茲海默症,我的大腦怎麼會變成這樣?!
    阿爾茲海默症是認知症最常見的類型，約佔認知症患者總數的六成。自1907年阿爾茲海默症被發現以來，許多研究人員一直在努力尋找診斷和治療該病的有效方法，例如 X射線計算機斷層掃描(computed tomography, CT)，磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)，功能磁共振成像(functional MRI, fMRI)，正電子發射式電腦斷層成像(positron emission tomography)，檢測方法包括
  • 蔡立慧:探究 DNA損傷背後的機理成因,是人類克服阿爾茲海默症的關鍵
    Li-Huei Tsai 實驗室的主要負責人、MIT Picower 學習與記憶研究所所長董事 Li-Huei Tsai 教授，以及在實驗室展開系統性研究的 Ping-Chieh Pao 博士，Tsai 教授對阿爾茲海默症等神經退化性疾病的研究有超過 20 年的豐富經驗，她本人也是美國國家發明院院士。
  • 最新研究:只需幾滴血,能提前30年預測阿爾茲海默症
    最新研究成果：只需幾滴血，就能提前30年預測阿爾茲海默症田中耕一 拿了諾貝爾獎 他也從未停止腳步1989年至2019年，平成30年間，日本共有18人獲得自然科學系諾貝爾獎，這一現象被稱為「諾貝爾熱潮」。
  • 世界首例病毒中的朊病毒被發現 阿爾茲海默症是怎麼回事
    這在以前是不可能的，美國人曾經這樣的下定論「你們做不出來」，而今，我們的科學家用事實證明了我們是完全可以做到的，我們的科學家將整個病毒的生長的過程完整的完成，證明了這種病毒的存在，因為研究這種病毒有很好的前景，我們知道的阿爾茲海默症就和這種病毒有關，如果能夠攻克這種病毒，那麼意味著阿爾茲海默症可能會得到治癒。
  • 三代重測序告訴你答案 | 群體研究
    在該研究中，大片段的結構變異的檢測是分析的基礎，而三代測序技術能夠高效地助力大片段倒位的發現。今天大師兄為大家奉上文章解讀，以饕讀者。關於S位點的基因定位研究有多次報導，發現2個臨近候選基因（CAD1和LRR-RLK）與果實扁平的性狀共分離，但後續又有研究顯示這2個基因並非與CAD1和LRR-RLK共分離。所以，對於扁桃扁平性狀的遺傳基礎研究仍待繼續。
  • 科學家實現阿爾茲海默症澱粉樣蛋白沉澱的無標記顯微檢測
    記者日前從復旦大學獲悉，一項由復旦大學、哈佛大學和美國麻省總醫院的課題組合作完成的研究，首次將受激拉曼成像技術用於探測阿爾茲海默症澱粉樣蛋白沉澱，這一方法也有望用於探索帕金森等其他神經退行性疾病。
  • 夏宏光團隊發現靶向MCL-1誘導線粒體自噬來治療阿爾茲海默症
    目前，全球約有5000萬人罹患阿爾茲海默症。預計到2050年，這個數字將增加至1.52 億。當前，全球每年用於治療、護理阿爾茲海默症病人的費用已經達到1萬億美元，而這一數字將在2030年達到目前的兩倍。