編者按
全球有3500萬人深受阿爾茨海默癥(AD)的困擾祝闻，但目前尚無臨床有效的治療手段。為了促進(jìn)AD治療手段的發(fā)展遗菠，研究者進(jìn)行了大量的遺傳學(xué)研究联喘。已有研究者通過 GWAS鑒定出許多阿爾茨海默癥風(fēng)險(xiǎn)基因，但這些風(fēng)險(xiǎn)基因是如何導(dǎo)致阿爾茨海默癥的尚不十分清楚舷蒲。全蛋白質(zhì)組關(guān)聯(lián)研究(Proteome-Wide Association Study, PWAS)通過蛋白質(zhì)的功能變化將基因和表型聯(lián)系起來，是一種新型的以蛋白質(zhì)為中心的遺傳關(guān)聯(lián)研究方法友多，在人類遺傳學(xué)研究領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景牲平。
2021年1月28日，國際學(xué)術(shù)期刊Nature Genetics(IF=27.603)上報(bào)道了來自埃默里大學(xué)醫(yī)學(xué)院題為“Integrating human brain proteomes with genome-wide association data implicates new proteins in Alzheimer’s disease pathogenesis”的研究文章域滥。該團(tuán)隊(duì)運(yùn)用全蛋白質(zhì)組關(guān)聯(lián)研究(proteome-wide association study纵柿，PWAS)，將阿爾茨海默癥(AD)隊(duì)列 GWAS結(jié)果與人腦蛋白質(zhì)組進(jìn)行了整合启绰，旨在鑒定通過影響腦蛋白豐度而導(dǎo)致AD風(fēng)險(xiǎn)的基因昂儒，深入了解這些基因座如何影響AD的發(fā)病機(jī)制。
研究結(jié)果
1委可、PWAS鑒定出AD 相關(guān)重要基因
在發(fā)現(xiàn)階段渊跋，作者收集到375例捐獻(xiàn)者死后大腦的背外側(cè)前額葉皮層(dPFC)樣本，使用TMT質(zhì)譜策略獲得人腦蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)着倾。整合已有的AD GWAS結(jié)果與蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)果拾酝，通過全蛋白質(zhì)組關(guān)聯(lián)研究(PWAS)鑒定出13個(gè)順式調(diào)節(jié)腦蛋白水平的基因(圖1，表1)卡者。接下來蒿囤，作者使用相同的AD GWAS數(shù)據(jù)與另一組獨(dú)立的152例人腦蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)整合分析，與前面發(fā)現(xiàn)的13個(gè)蛋白相比較崇决，其中10個(gè)在PWAS階段得到驗(yàn)證（表1）材诽。
表1?AD?PWAS鑒定13個(gè)重要基因
2底挫、重要風(fēng)險(xiǎn)基因COLOC和SMR分析
為了研究調(diào)控腦蛋白的重要基因與AD是否存在因果關(guān)系，作者進(jìn)行了貝葉斯共定位(COLOC)和孟德爾隨機(jī)化(SMR)分析脸侥。首先建邓，使用貝葉斯共定位(COLOC)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)13個(gè)基因中有9個(gè)符合因果關(guān)系。然后通過孟德爾隨機(jī)化(SMR)分析湿痢，結(jié)果表明順式調(diào)控蛋白豐度介導(dǎo)了這13個(gè)基因的遺傳變異與AD的關(guān)聯(lián)涝缝。總的來說譬重，作者發(fā)現(xiàn)7個(gè)基因在COLOC和SMR / HEIDI分析的因果關(guān)系上具有一致的結(jié)果(CTSH拒逮，DOC2A，ICA1L臀规，LACTB滩援，PLEKHA1，SNX32和STX4)塔嬉，另外有4個(gè)基因的因果關(guān)系在這兩種分析中結(jié)果不一致( ACE玩徊，CARHSP1，RTFDC1和STX6)谨究，EPHX2和PVR的結(jié)果不具備因果關(guān)系(表2)恩袱。
表2?發(fā)現(xiàn)階段AD PWAS中13個(gè)重要基因的COLOC和SMR分析
3、確定11個(gè)AD PWAS重要基因
通過驗(yàn)證隊(duì)列重復(fù)和因果關(guān)系測試的結(jié)果胶哲，作者在13個(gè)通過PWAS發(fā)現(xiàn)的重要基因中畔塔，確定了11個(gè)與AD有因果關(guān)系的風(fēng)險(xiǎn)基因(CTSH，DOC2A鸯屿，ICA1L澈吨，LACTB，SNX32寄摆，ACE谅辣，CARHSP1，RTFDC1婶恼，STX6桑阶，STX4和PLEKHA1)，其中9個(gè)重要基因在PWAS階段得到驗(yàn)證(表3)勾邦。
表3?總結(jié)11個(gè)AD PWAS重要基因联逻，并證明與AD中的因果作用一致
4、PWAS結(jié)果不受APOE e4影響
載脂蛋白APOE e4等位基因與阿爾茨海默癥密切相關(guān)检痰，因此作者為了探究APOE e4是否影響了PWAS結(jié)果包归，從蛋白質(zhì)組中去除掉APOE e4的作用，使用去除后的蛋白質(zhì)組圖譜進(jìn)行了AD PWAS铅歼。分析發(fā)現(xiàn)了13個(gè)與發(fā)現(xiàn)階段PWAS結(jié)果一致的重要基因和6個(gè)其他基因公壤，且所有13個(gè)基因都具有與發(fā)現(xiàn)階段PWAS中相同的關(guān)聯(lián)方向换可。此外，COLOC和SMR / HEIDI測試的結(jié)果發(fā)現(xiàn)了與原始發(fā)現(xiàn)相同的因果關(guān)系證據(jù)厦幅，這些結(jié)果均表明本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不受APOE e4的影響沾鳄。
5、TWAS鎖定與PWAS相關(guān)基因
眾所周知确憨，分子生物學(xué)的中心法則是遺傳信息從DNA轉(zhuǎn)錄傳遞給RNA译荞，再從RNA翻譯傳遞給蛋白質(zhì)。因此休弃，作者收集到888個(gè)歐洲個(gè)體的大腦轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)吞歼，將AD GWAS結(jié)果與其整合，進(jìn)行了AD的全轉(zhuǎn)錄組關(guān)聯(lián)研究(TWAS)塔猾。AD TWAS鑒定了40個(gè)基因篙骡，其FDR為p<0.05時(shí)，其基因調(diào)控的mRNA表達(dá)水平與AD相關(guān)(圖2)丈甸。與蛋白質(zhì)水平上鑒定出的11個(gè)潛在風(fēng)險(xiǎn)基因相比糯俗，ACE，CARHSP1睦擂，SNX32得湘，STX4和STX6這5個(gè)基因與PWAS結(jié)果相似，與AD具有關(guān)聯(lián)性顿仇。(表3)淘正。
6、單細(xì)胞測序發(fā)現(xiàn)細(xì)胞類型特異性
最后夺欲，作者使用背外側(cè)前額葉皮層樣本(dPFC)單細(xì)胞RNA測序數(shù)據(jù)進(jìn)行分析跪帝，發(fā)現(xiàn)在先前確定的11個(gè)重要風(fēng)險(xiǎn)基因中今膊，有6個(gè)基因呈現(xiàn)細(xì)胞類型特異性富集些阅。DOC2A，ICA1L斑唬，PLEKHA1和SNX32富含興奮性神經(jīng)元市埋，而CARHSP1在少突膠質(zhì)細(xì)胞中富集，CTSH在星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中富集(圖3)恕刘。
小編總結(jié)
本文作者通過收集阿爾茨海默癥(AD)患者隊(duì)列缤谎，開展多中心、大樣本的基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)研究褐着。運(yùn)用全蛋白質(zhì)組關(guān)聯(lián)研究（PWAS）挖掘了十多個(gè)重要風(fēng)險(xiǎn)基因坷澡，這些風(fēng)險(xiǎn)基因可以通過改變大腦中蛋白質(zhì)豐度進(jìn)而影響阿爾茨海默癥的發(fā)生，為AD的發(fā)病機(jī)制提供了新的見解含蓉，并為進(jìn)一步治療提供了潛在的靶標(biāo)频敛。
參考文獻(xiàn)
[1].Wingo, Aliza P. , et al. "Integrating human brain proteomes with genome-wide association data implicates new proteins in Alzheimer's disease pathogenesis."Nature Genetics.
