核小体完整性破坏导致C9orf72-FTD/ALS中RNA剪接失调
核小体完整性破坏与RNA剪接在C9orf72-FTD/ALS中的调节失调
背景与研究动机
C9orf72 基因的 (GGGGCC)n 六核苷酸重复扩增是引发额颞叶痴呆（FTD）和肌萎缩侧索硬化症（ALS）的最常见遗传原因。研究表明，这些重复序列不仅会形成毒性RNA聚集，还会通过非典型翻译生成神经毒性双肽重复（DPR）蛋白聚集，尤其是聚甘氨酸-精氨酸（Poly-GR）。这些病理特征引发的RNA处理异常，如RNA错剪接等，是ALS和FTD患者中广泛存在的问题。尽管已有研究揭示了部分RNA结合蛋白（RBPs）与这些重复RNA的相互作用机制，但尚未明确这些相互作用如何引起全局性剪接失调。
在本研究中，研究者们尝试揭示 (GGGGCC)n 重复RNA对核小体相分离特性和动态的影响，进而深入探讨这种变化如何导致全局性的RNA剪接缺陷，并引发神经元毒性。这项工作不仅丰富了我们对C9-FTD/ALS的发病机制的理解，还可能为未来的生物标记物或治疗靶点提供新方向。
研究来源与发表
这篇论文由Rong Wu等多位科学家完成，来自Johns Hopkins University等多所国际知名研究机构，于2024年10月23日发表在国际知名神经科学期刊《Neuron》上。这项研究为我们提供了ALS和FTD的潜在致病机制的新视角，特别是在核小体与RNA剪接失调方面的深入探索。
研究流程与方法
研究设计与实验材料
研究者们首先利用质粒转染和基因表达诱导等技术，建立了含(GGGGCC)n重复序列的HEK293T细胞株与iPSC来源的神经元模型。通过RNA亲和纯化和质谱分析，检测重复序列附近的蛋白质种类与其相互作用，进一步确认了核小体特异性蛋白（如SRRM2）与重复序列的共定位关系。核小体相分离特性与动态
通过免疫荧光共定位检测，研究发现 (GGGGCC)n 重复序列RNA会与核小体蛋白SRRM2共定位，并显著改变核小体的大小和动态性质。尤其是在细胞模型中，重复RNA的累积导致核小体的相分离特性发生改变，使其出现凝胶-溶胶转换，进而抑制其正常动态。多步骤数据分析与全局RNA剪接缺陷的验证
在分子机制层面，研究者通过RNA测序和数据分析发现，在包含重复序列的神经元中，广泛存在外显子跳跃和内含子滞留等RNA剪接异常事件。特别是，通过Knockdown实验，揭示了SRRM2或SON缺失会引发广泛的剪接事件，显著增加外显子跳跃和内含子滞留。这些剪接缺陷在C9-FTD/ALS患者组织中也得到了验证。核小体与神经毒性关系的确认
为进一步探究核小体损伤与神经毒性之间的关系，研究者利用乳酸脱氢酶（LDH）释放测定检测神经元死亡。结果表明，SRRM2或SON的缺失均会导致神经元细胞死亡，表明核小体的功能丧失会引起神经毒性。此外，研究人员通过药物诱导系统恢复SRRM2的表达，成功减少了(GGGGCC)n 过表达引起的神经毒性，进一步验证了核小体功能的重要性。
主要研究结果
重复RNA与核小体的相互作用
(GGGGCC)n 重复序列RNA与核小体蛋白SRRM2共定位，导致SRRM2的液-液相分离失调，进而影响核小体的形成和动态特性。重复序列引起的全局RNA剪接异常
重复序列导致的核小体损伤会引发全局性的RNA剪接缺陷，主要表现为外显子跳跃和内含子滞留。分析显示，SRRM2和SON缺失导致的剪接缺陷集中于GC含量较高的区域，提示这些区域可能是核小体蛋白的特异性结合靶点。Poly-GR对核小体蛋白的聚集影响
在小鼠模型中，Poly-GR与SRRM2共聚集，进一步加重了核小体的功能损伤。在患者的神经元中也观察到类似的现象，表明Poly-GR在C9-FTD/ALS病理中可能具有重要作用。核小体的功能恢复对神经毒性的缓解作用
研究证明通过诱导恢复SRRM2的表达，可以显著减轻(GGGGCC)n 过表达引起的神经毒性。这一发现为未来通过恢复核小体完整性来缓解ALS和FTD的病理提供了新思路。
结论与研究价值
该研究通过系统的分子和细胞实验，揭示了核小体功能障碍在C9-FTD/ALS中的关键作用，特别是在RNA剪接失调方面的影响。研究表明，(GGGGCC)n 重复序列与Poly-GR聚集体共同引起的核小体功能障碍可能是该病的一条汇聚毒性途径。核小体损伤导致的全局性剪接抑制在多种神经退行性疾病中可能是一种通用机制。尤其是SRRM2的丧失和相应的GC富集区域的剪接失调揭示了特定序列和区域在核小体功能维持中的重要性。
从应用角度来看，该研究为未来通过靶向核小体或恢复SRRM2功能来治疗C9-FTD/ALS提供了潜在的新方向。同时，这些发现拓宽了我们对神经退行性疾病中RNA处理异常的理解，特别是在剪接缺陷方面的分子机制，可能有助于其他类似疾病的治疗策略。