post-GWAS era文章分享1-Functional characterization of Alzheimer’s disease genetic variants in microglia

概覽

  • Title:Functional characterization of Alzheimer’s disease genetic variants in microglia
  • 標(biāo)題:小膠質(zhì)細(xì)胞中阿爾茨海默病遺傳變異的功能表征
  • Date:2023.9.23
  • Journal:Nature Genetics(IF=30.8)

一句話(huà)簡(jiǎn)介

文章對(duì)AD相關(guān)的GWAS位點(diǎn)在小膠質(zhì)細(xì)胞中的功能進(jìn)行了闡釋?zhuān)ㄟ^(guò)單細(xì)胞CRISPRi篩選進(jìn)一步建立了功能變異和靶基因之間的聯(lián)系。


結(jié)果

1. Differentiated microglia exhibit features of primary cells 分化的小膠質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)出原代細(xì)胞的特征

作者首先對(duì)人多能干細(xì)胞 (hPSC) 刺激分化成microglia-like細(xì)胞份企,然后使用干擾素-β (IFNβ) 刺激模擬病毒樣感染的AD microglia酿愧。作者在本部分利用scRNA-seq證明hPSC來(lái)源的microglia-like細(xì)胞與真實(shí)患者相一致溯乒。

Figure 1

2. Dynamic transcription and 3D epigenome in microglia upon stimulation 刺激后小膠質(zhì)細(xì)胞中的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)錄和 3D 表觀(guān)基因組

作者對(duì)Control組和IFNb組進(jìn)行了ATAC-seq敛熬,證明了兩組不同來(lái)源case-control細(xì)胞的DAR是一致的(Fig 2a)黑低。上調(diào)的DAR富集了免疫應(yīng)答中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)锤灿,包括STAT1, IRF1, JUNB, SPI1 and RUNX1等(Fig 2b)

Fig2 a,b

接下來(lái)作者對(duì)control和IFNb組進(jìn)行了全基因組啟動(dòng)子捕獲 Hi-C (pcHi-C)挽拔。

一般來(lái)說(shuō),大多數(shù)差異表達(dá)基因(DEGs;n = 2,993)與染色質(zhì)可及性變化(DARs)或染色質(zhì)相互作用(DCRs)變化無(wú)關(guān)(SupFig 4f)但校。

SupFig 4f

事實(shí)上螃诅,這些基因中有許多在IFNβ刺激前后表現(xiàn)出穩(wěn)定的染色質(zhì)環(huán)狀態(tài),只有3,018和205個(gè)區(qū)域顯示出與基因啟動(dòng)子的相互作用的獲得或喪失(Fig 2c)

Fig 2c

對(duì)于IFNβ刺激后具有差異可及區(qū)域(DAR)或差異接觸區(qū)域(DCR)的基因,作者將它們分為四個(gè)不同的組(Fig 2d): 1. 同時(shí)具有DAR和DCR的基因术裸;2. 僅具有DAR的基因倘是;3. 具有DAR但其啟動(dòng)子不參與任何相互作用的基因;4. 僅具有DCR的基因袭艺。值得注意的是搀崭,同時(shí)具有DAR和DCR的基因更容易具有轉(zhuǎn)錄上的差異。(Fig 2d)

Fig 2d

對(duì)于沒(méi)有準(zhǔn)備好激活的基因猾编,染色質(zhì)狀態(tài)的變化仍然可以在基因調(diào)控中發(fā)揮重要作用门坷。舉個(gè)例子,MS4A6A的啟動(dòng)子(灰色)獲得了與遠(yuǎn)端開(kāi)放染色質(zhì)區(qū)域的染色質(zhì)相互作用(粉色)袍镀,在IFNb組默蚌,粉色區(qū)域的染色質(zhì)可及性增加,雖然啟動(dòng)子(灰色)的可及性變化不大苇羡,但因?yàn)檫h(yuǎn)端粉色的DAR绸吸,導(dǎo)致了MS4A6A的表達(dá)上調(diào)。作者近一步調(diào)查了粉色區(qū)域的SNP设江,發(fā)現(xiàn)存在兩個(gè)優(yōu)先的 AD 風(fēng)險(xiǎn)變異锦茁,rs636317 和 rs636341。

image.png

綜上叉存,AD風(fēng)險(xiǎn)變異可以通過(guò)調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)基因來(lái)促進(jìn)AD發(fā)病


3. AD fine-mapping with microglia epigenomic annotations 使用小膠質(zhì)細(xì)胞表觀(guān)基因組注釋進(jìn)行AD精細(xì)定位

首先進(jìn)行了分區(qū)連鎖不平衡評(píng)分回歸(LDSC)分析码俩,觀(guān)察對(duì)照組和刺激小膠質(zhì)細(xì)胞cCREs中AD SNP遺傳力的富集。具有啟動(dòng)子相互作用的peak比單獨(dú)ATAC-seq的peak表現(xiàn)出更高的富集度歼捏。(Fig 3a)

Fig 3a

最近的一項(xiàng)薈萃分析共確定了 37 個(gè) AD 風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)稿存。為了說(shuō)明這些變異發(fā)揮作用的細(xì)胞類(lèi)型,我們使用兩種廣泛使用的方法PAINTORFGWAS(功能性 GWAS )對(duì)這 37 個(gè) AD 位點(diǎn)進(jìn)行了分析瞳秽,使用來(lái)自分化小膠質(zhì)細(xì)胞的開(kāi)放染色質(zhì)區(qū)域和染色質(zhì)環(huán)作為輸入注釋特征(Fig 3b)瓣履。

首先保留從PAINTOR或FGWAS得到的95%可信的SNP并集,然后保留LD R^2?>?0.8练俐,且落在與promoter有interaction的peaks上的variants袖迎,最終得到了349個(gè)variants。這些variants中有87 個(gè)在 DAR 或 DCR 中腺晾,有 262 個(gè)在case和control中都有燕锥。(Fig 3b)

image.png

接下來(lái)的內(nèi)容沒(méi)太讀懂T_T,總之就是發(fā)現(xiàn)了一些risk cRE和risk variants悯蝉,然后進(jìn)行了富集分析归形,發(fā)現(xiàn)淀粉樣蛋白-β 代謝過(guò)程的正調(diào)控在IFNβ 組顯著富集(Fig 3cd)。

Fig 3cd

4. AD variants affect multiple target genes in microglia AD變異影響小膠質(zhì)細(xì)胞中的多個(gè)靶基因

作者接下來(lái)使用 CRISPRi 篩選和HyPR-seq(一種專(zhuān)注于目的基因的scRNA-seq方法)驗(yàn)證了 hPSC 衍生的小膠質(zhì)細(xì)胞樣細(xì)胞中的優(yōu)先 AD 風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)泉粉。作者在五個(gè) AD 風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)(PICALM连霉、BIN1榴芳、INPP5D 和 SLC24A4/RIN3)對(duì)推定的 cCRE 進(jìn)行了功能表征,這些位點(diǎn)通過(guò)脂質(zhì)代謝跺撼、內(nèi)吞途徑或免疫反應(yīng)與 AD 發(fā)病機(jī)制相關(guān)窟感,并且由于它們與 AD GWAS virants的接近而被認(rèn)為是風(fēng)險(xiǎn)基因。(Fig 4)
作者還發(fā)現(xiàn)了TREM2增強(qiáng)子和啟動(dòng)子的協(xié)同作用(同時(shí)干擾TSS和enhancer的cRE有著更明顯的下調(diào)歉井,只干擾一個(gè)不怎么下調(diào))
balabalabalabala......
綜上所述柿祈,我們的研究結(jié)果表明,單個(gè)AD風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)可以通過(guò)同時(shí)調(diào)節(jié)多個(gè)基因來(lái)促進(jìn)多個(gè)生物學(xué)過(guò)程中的AD發(fā)病機(jī)制哩至。

Fig 4

5. AD risk SNPs show allelic imbalance in gene expression AD 風(fēng)險(xiǎn) SNP 顯示基因表達(dá)的等位基因失衡

rs7922621和rs7910643 都位于同一個(gè)cRE上躏嚎,作者通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明是rs7922621 影響小膠質(zhì)細(xì)胞的生理功能,而不是 rs7910643 是導(dǎo)致TSPAN14下調(diào)菩貌。作者的分析強(qiáng)調(diào)了在堿基對(duì)分辨率下表征變異的重要性卢佣。

Fig 5

相關(guān)鏈接

原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41588-023-01506-8
代碼鏈接(CRISRPi/HyPR-seq):https://doi.org/10.5281/zenodo.8206584

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