遗传学实验室中的 PCR 设备。
来源:K. Aken, CSIRO / Wikimedia Commons(CC BY 3.0)

分别检测正义与反义重复 RNA

C9orf72 重复扩增的正义链与反义链转录,分别产生 G4C2 与 G2C4 重复 RNA。2023 年,Acta Neuropathologica 的一项研究把两类 RNA 分开干预,比较它们与 TDP-43 功能异常的关系。

团队使用患者及无神经疾病对照的诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC),分化为脊髓神经元。主要检测一组受 TDP-43 影响的 RNA 表达与剪接结果,并补充蛋白定位及谷氨酸应激后的细胞反应。

研究先在对照神经元中表达只产生重复 RNA、不产生二肽重复蛋白的构建体。表达 G2C4 后,多项 TDP-43 相关 RNA 指标改变,少数细胞出现胞质 TDP-43 信号;明显蛋白聚集未被观察到。

一次短期暴露后,继续观察细胞反应

团队分别设计靶向 G4C2 和 G2C4 的反义寡核苷酸(antisense oligonucleotides,ASO),另设乱序序列对照。分化第 46 天加入 5 μM ASO,第 49 天换去含药培养液,之后每 2–3 天换液,并在不同时间点检测。

加入 ASO 后第 5 天即可观察到相应重复 RNA 的下降。G4C2 靶向 ASO 没有降低 G2C4,G2C4 靶向 ASO 也没有降低 G4C2,支持本实验中的序列选择性。

给药从已出现 TDP-43 功能相关异常后开始。第 5 和第 10 天,两种 ASO 都未能充分恢复这组表达和剪接指标;到第 15 和第 20 天,G2C4 靶向 ASO 的改善才更明显。

RNA 功能指标对两类干预反应不同

第 20 天的实验使用 3 个患者和 3 个对照 iPSC 细胞系,定量 PCR 检测 ELAVL3、PFKP、RCAN1、SELPLG、STMN2、UNC13A 等转录本。G2C4 靶向 ASO 改善了 TDP-43 相关表达变化,G4C2 靶向 ASO 没有产生同样的恢复。

另一组检测关注异常剪接,包括本应很少纳入成熟 RNA 的隐蔽外显子,以及异常截短的 STMN2。G2C4 靶向处理也改善了这些指标。团队还观察到少数胞质 TDP-43 阳性细胞的比例下降。

研究通过免疫沉淀后再检测 RNA,发现 G2C4 在 TDP-43 复合物中富集。作者将这一联系视为后续机制研究的线索,具体如何影响 TDP-43 仍需进一步研究。

谷氨酸损伤与剪接恢复得到不同结果

谷氨酸实验使用 10 μM、处理 4 小时,以碘化丙啶阳性细胞核比例检测细胞死亡,另用 Alamar Blue 检测活力。G4C2 和 G2C4 靶向 ASO 均减轻患者神经元对该应激的反应。

双 ASO 联合实验使用 4 个患者和 4 个对照细胞系。在表达与剪接指标上,联合处理较单独靶向 G2C4 没有增加获益;谷氨酸实验中,联合处理也没有比任一种单独处理提供额外保护。

因此,这项研究保留了两组不同结果:两种转录方向都与谷氨酸应激反应相关,而 TDP-43 表达及剪接恢复主要见于 G2C4 靶向条件。将 RNA、蛋白定位和细胞反应分别检测,有助于比较同一候选的不同作用。

来源与延伸阅读

  1. G2C4 targeting antisense oligonucleotides potently mitigate TDP-43 dysfunction in human C9orf72 ALS/FTD induced pluripotent stem cell derived neurons. Acta Neuropathologica (2023). ↗

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