人类大脑中的mRNA异构体超乎想象，可能与痴呆症有关

神经退行性疾病的治疗一直都具有挑战性，包括阿尔茨海默病、帕金森病和多发性硬化症等。这些常见疾病影响着全世界数百万名患者及家庭，但开发新疗法的努力却大多未获成功。

美国Sanford Burnham Prebys医学研究所的科学家们结合两种形式的单细胞核RNA测序（snRNA-seq）技术，发现了神经退行性疾病引起的mRNA差异。基因可通过可变剪接的过程产生一种以上的mRNA，这些不同的mRNA被称为异构体（isoform）。

这项研究成果于12月10日发表在《eNeuro》杂志上，有助于人们更好地了解神经退行性疾病对脑细胞的影响，并为未来的治疗提供新思路。

通讯作者、Sanford Burnham Prebys医学研究所的Jerold Chun教授表示：“如今，snRNA-seq是分析人类大脑单细胞转录组的金标准。由于大脑是复杂的细胞混合物，可能存在数千个连接，其他单细胞技术更容易被细胞周围的物质污染。”

在使用snRNA-seq时，研究人员通过分离样本中每个细胞的细胞核来避开这种困境。之后，他们可以分析RNA分子的组成。

“然而，典型的单细胞测序实验使用所谓的短读长测序，”Christine Liu博士说，她是Chun实验室的博士后，也是这项研究的第一作者。“这种方法一次读取100到150个碱基对，并将每个碱基对与参考基因组进行比较。”

“短读长测序在处理某些类型的序列变异时会遇到困难，因此为了更好地捕捉这些变异，我们还使用了长读长测序，一次读取5,000到30,000个碱基对，而且不需要映射到参考基因组，” Chun谈道。

研究人员利用这两种技术来分析病变大脑和未病变大脑的前额叶皮层样本中的165,000个细胞。这些样本来自25名阿尔茨海默病、路易体痴呆或帕金森病患者的尸检组织，以及年龄匹配的对照。

他们挑选了50个与三种神经退行性疾病最相关的基因作为靶点，并开展了靶向长读长PacBio测序。在这50个基因中，他们都观察到了巨大的mRNA异构体多样性，包括那些在短读长测序中未发现差异表达的基因。

“通过结合短读长和长读长测序，我们发现这些基因中存在巨大的mRNA异构体多样性，即使是那些在短读长数据中没有差异表达的基因，” Liu说。“在一些基因中，我们发现的新转录本实际上似乎占了异构体的大多数。”

“我们的研究结果强化了我们之前的发现，即大脑转录组中有四分之三的mRNA是未知的，”Chun说，他指的是2021年发表在PNAS上的一篇论文，该论文报告发现了数十万条新的mRNA转录本。“关于这些新的mRNA以及它们如何随疾病而变化，我们还有很多需要了解。”

摆在研究人员面前的另一个问题是，这些转录本产生了哪些类型的新蛋白。“新的mRNA异构体意味着病变大脑和细胞中可能存在新的蛋白质，”Chun说，“这可能代表了一些以前看不见的东西，现在有望作为治疗靶点，以寻找神经退行性疾病的治疗方法。”