针对阿尔茨海默氏症的研究发现女性大脑中有更多"老"细胞

针对阿尔茨海默氏症的研究发现女性大脑中有更多"老"细胞 加利福尼亚大学圣迭戈分校的工程师们发现，某些脑细胞比其他脑细胞衰老得更快，在阿尔茨海默氏症患者中更为常见。他们还注意到，特定脑细胞的衰老在性别间存在差异，与男性大脑皮层相比，女性大脑皮层中"老"少突胶质细胞的比例相对于"老"神经元更高。这一发现得益于一种名为MUSIC（单细胞多核酸相互作用图谱）的新技术，它能让研究人员窥视单个脑细胞内部，并绘制出染色质即DNA和RNA的紧密盘绕形式之间的相互作用图谱。这项技术使研究人员能够以单细胞分辨率观察这些相互作用，并研究它们如何影响基因表达。这项工作的详细情况发表在《自然》杂志上的一篇论文中。该研究的资深作者、加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院舒建-基因-雷生物工程系教授钟胜说："MUSIC 是一种强大的工具，可以让我们更深入地挖掘阿尔茨海默病的复杂性。这项技术有可能帮助我们发现阿尔茨海默病病理的新分子机制，从而为更有针对性的治疗干预和改善患者预后铺平道路。"人脑中的细胞组成了一个复杂的网络，它们以错综复杂的方式进行交流和互动。在每个细胞中，包括染色质和 RNA 在内的基因成分动态地相互作用，决定着细胞的关键功能。随着脑细胞的生长和衰老，染色质和 RNA 之间的相互作用也会发生变化。而在每个细胞内，这些复合物也会发生很大变化，尤其是在成熟细胞中。然而，揭示这些相互作用的细微差别仍然是一项艰巨的挑战。MUSIC是一种尖端工具，它为了解单个脑细胞的内部运作提供了一个窗口。钟教授的团队利用 MUSIC 分析了 14 名 59 岁及以上捐献者的死后大脑样本，特别是人类额叶皮层组织，其中有些人患有阿尔茨海默病，有些人则没有。他们发现，不同类型的脑细胞表现出染色质和 RNA 之间不同的相互作用模式。有趣的是，短程染色质相互作用较少的细胞往往表现出衰老和阿尔茨海默病的迹象。钟说："通过这种变革性的单细胞技术，我们发现有些脑细胞比其他脑细胞'老'。他解释说，值得注意的是，与健康人相比，阿尔茨海默氏症患者的这些老化脑细胞比例更高。"这一发现有助于开发阿尔茨海默病的新疗法。如果能确定这些老化细胞中的失调基因，并了解它们在局部染色质结构中的功能，那就能确定新的潜在治疗靶点。研究还发现了脑细胞衰老的性别差异。在雌性小鼠的大脑皮层中，研究人员发现老化的少突胶质细胞与老化的神经元的比例更高。少突胶质细胞是一种脑细胞，为神经元周围提供保护层。鉴于少突胶质细胞在维持大脑正常功能方面的关键作用，老化少突胶质细胞的增加可能会加剧认知能力的衰退。女性大脑皮层中存在不成比例的老化少突胶质细胞，这可能会对女性患神经退行性疾病和精神疾病的风险增加带来新的启示。接下来，研究人员将致力于进一步优化MUSIC，以便利用它来识别导致特定脑细胞加速衰老的因素，如调控基因和基因回路。随后，研究人员将制定策略来阻碍这些基因或基因回路的活动，希望能减轻大脑的衰老。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

突破性研究将脑内微小气泡与阿尔茨海默氏症进展联系起来

突破性研究将脑内微小气泡与阿尔茨海默氏症进展联系起来 Jerold Chun 领导的最新研究揭示，阿尔茨海默病患者的脑泡携带独特的遗传指令，可能会引发疾病加重。该研究发现了大量的全长 mRNA 和与炎症相关的独特基因表达模式，为阿尔茨海默氏症的病理研究提供了新的视角，也为早期检测和治疗提供了潜在的途径。这张细胞外囊泡的照片是使用共焦激光扫描显微镜拍摄的。膜被荧光染料染色。图片来源：巴塞尔大学 Tomaž Einfalt在这项研究中，研究人员把所研究的微小脑泡称为细胞外小泡（sEVs）。人体内的大多数细胞都会产生这些微小的生物水球，用来运送各种蛋白质、脂类和细胞代谢的副产品，以及受体细胞用来构建新蛋白质的RNA核酸代码。由于这种具有生物活性的货物很容易引起其他细胞发生变化，因此科学家们对大脑 sEV 很感兴趣，因为它既能传递正常的指令，也能传递错误的指令，这些错误的指令会随着神经退行性疾病（如阿尔茨海默氏症）的发展而在大脑中积累。免疫荧光用于验证原代细胞培养物的纯度。图片来源：Chun 实验室要成为不需要的蛋白质积累的潜在因素，sEV 必须携带有足够信息的蓝图，使其他细胞能够产生有问题的蛋白质。之前的大多数研究表明，携带蛋白质计划的信使核糖核酸（mRNA）被切割成太多较短的片段，无法让受体细胞改变其构建模式。桑福德-伯纳姆-普雷斯遗传疾病与衰老研究中心教授 Chun 说："我们在研究中发现的情况恰恰相反。通过使用一种相对较新的DNA测序技术PacBio长读测序技术，我们鉴定出了1万多个全长mRNA。"研究小组从 12 份由确诊为阿尔茨海默病患者捐献的死后大脑样本和 12 份由未患阿尔茨海默病（或任何其他已知神经系统疾病）的捐献者捐献的大脑样本的前额叶皮层中分离出了 sEVs。鉴定出的mRNA中有近80%是全长的，可以被受体细胞转录成有活力的蛋白质。第一作者、Sanford Burnham Prebys 博士后研究员 Linnea Ransom 博士说："为了证实人类样本中长读程测序的结果，我们还研究了从小鼠细胞中分离出来的囊泡。我们在三种脑细胞类型（星形胶质细胞、小胶质细胞和神经元）中发现了类似的平均78%到86%的全长转录本"。负染色透射电子显微镜用于确认小鼠神经元（如上图所示）以及小鼠星形胶质细胞和小胶质细胞中的小细胞外囊泡的分离情况。资料来源：Chun 实验室除了分析和验证大脑 sEV 中 mRNA 长度的结果外，研究人员还比较了 sEV mRNA 转录组中反映的基因序列。在阿尔茨海默氏症样本中，700 个基因的表达量有所增加，而近 1500 个基因的活性有所降低。科学家们确定，700 个上调基因与炎症和免疫系统激活有关，这与阿尔茨海默病等神经退行性疾病中已知的大脑炎症模式相吻合。研究人员还发现，在先前的全基因组关联研究中，许多与阿尔茨海默病相关的基因也出现在阿尔茨海默病 sEVs 中。Chun说："这些囊泡中的基因表达变化揭示了一种炎症特征，它可能是了解阿尔茨海默氏症进展过程中大脑疾病进程的一个窗口。"在这项研究之后，Chun 和他的团队将深入研究细胞如何包装 sEVs，以及所包含的 mRNA 编码如何导致受阿尔茨海默病影响的其他脑细胞发生功能变化。更好地了解sEVs及其mRNA内容可能有助于发现生物标志物，从而提高对阿尔茨海默病和其他潜在神经系统疾病的早期检测，同时确定新的疾病机制，提供新的治疗靶点。此外，sEV是在细胞间运输生物活性货物的天然载体，因此也有可能将其用作未来脑部疗法的靶向递送系统。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究发现男性和女性大脑在认知能力上存在显著差异

研究发现男性和女性大脑在认知能力上存在显著差异 虽然许多研究都测试了星形胶质细胞受体对行为的影响，但没有一项研究涉及生理性别是否起作用，而且大多数研究只测试了男性。5月24日发表在《细胞报告》（Cell Reports）上的这项研究挑战了长期以来的假设，即星形胶质细胞信号传导对两性具有相似的认知效应。威尔康奈尔医学院费尔家族脑与心智研究所和海伦与罗伯特-阿贝尔阿尔茨海默氏症研究所的Nan和Stephen Swid额颞叶痴呆症研究助理教授、神经科学助理教授Anna G. Orr博士说："我们的研究发现，以前报道的男性认知效应不能推断到女性身上。"在各种已知存在性别差异的神经系统疾病中，包括神经退行性疾病、精神分裂症、中风和癫痫，都会出现星形胶质细胞受体的变化。然而，人们对促进性别差异的机制仍然知之甚少。男女大脑有何不同？在这项研究中，第一作者、奥尔实验室前研究生萨曼莎-M-梅多斯（Samantha M. Meadows）博士重点研究了mGluR3，它是星形胶质细胞中的主要谷氨酸受体，也是痴呆症的首要改变基因。研究小组利用基因编辑和刺激动物模型中的工程受体来选择性地操纵星形胶质细胞，并研究 mGluR3 和相关受体对学习、记忆以及其他认知和行为结果的影响。研究人员发现，提高星形胶质细胞的mGluR3水平可增强老年女性的记忆力，而降低这些水平则足以损害年轻女性的记忆力，这表明mGluR3可促进女性的记忆回忆。然而，在男性中，降低mGluR3水平会增强记忆力，而提高受体水平则没有影响。Meadows博士说："有趣的是，这些受体对认知的影响在两性之间并不一致。"这张小鼠海马体的图像显示了星形胶质细胞（绿色）、神经元（红色）和细胞核（蓝色）上的 mGluR3 受体。图片来源：奥尔实验室为了了解这些不同的效应是mGluR3所独有的，还是反映了星形胶质细胞受体信号转导的更广泛特征，Meadows博士与合著者、脑与心智研究所和阿佩尔阿尔茨海默病研究所神经科学研究助理教授Adam L. Orr博士合作，在小鼠执行涉及学习和记忆的任务时选择性地刺激不同的星形胶质细胞受体。令他们惊讶的是，研究小组发现了进一步的证据，表明受体激活会导致记忆增强或受损，这取决于生物性别。亚当-奥尔博士说："正常的大脑功能似乎需要特定性别的星形胶质细胞信号平衡。"这项研究表明，正在开发用于治疗精神分裂症和焦虑症等疾病的mGluR3调节剂可能需要进一步研究，以评估它们对不同性别的影响。影响星形胶质细胞受体的治疗药物可能会导致性别特异性认知效应，部分原因是星形胶质细胞在男性和女性中的作用不同。实验室正在研究是什么导致了这种不同的影响，以及大脑的其他功能是否也会以性别特异性的方式发生变化。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

中国科学家实现以RNA为媒介的基因精准写入

中国科学家实现以RNA为媒介的基因精准写入 以CRISPR基因编辑技术为代表的技术进步实现了基因组单碱基和短序列尺度的精准编辑，基本解决了基因组精准编辑的挑战。然而，如何针对应用场景的需求，实现大片段DNA在基因组的高效精准整合，仍然是整个基因工程领域亟需突破的难题。该技术的突破意味着可以通过外源功能基因的精准写入，来干预多种不同位点基因突变导致的单基因遗传缺陷等疾病，从而开发更为通用的基因与细胞疗法，具有广泛的应用前景。针对这一重大技术挑战，多种基因写入技术已被开发，如CRISPR核酸酶介导的同源重组或非同源末端连接技术等，但是这些技术都依赖于DNA模板作为基因写入的供体（donor）。在实际医学应用中，DNA供体面临免疫原性高、在体（in vivo）递送困难、在基因组中具有随机整合风险等诸多挑战。相比之下，RNA供体具有免疫原性低、可被非病毒载体（例如LNP）有效递送、在细胞内迅速降解，无随机整合风险等特点，能有效应对DNA供体所面临的挑战。因此，以RNA为供体的大片段精准写入技术，在安全性、可递送性方面都具有显著的优势。然而，现有以RNA为供体的技术，要么无法实现>200 bp的DNA片段高效整合（如引导编辑等），要么依靠基因组随机整合从而带来基因组随机突变风险（如逆转录病毒等）。是否能够以RNA作为供体，实现功能基因尺度的大片段DNA基因组精准定点整合？仍然是基因工程领域面临的挑战。2024年7月8日，Cell杂志以长文形式在线发表了中国科学院动物研究所/北京干细胞与再生医学研究院李伟研究员与周琪研究员团队合作完成的题为All-RNA-mediated Targeted Gene Integration in Mammalian Cells with Rationally Engineered R2 Retrotransposons的研究论文。该研究结合基因组数据挖掘和大分子工程改造等手段，开发了使用RNA供体进行大片段基因精准写入的R2逆转座子工具，能够在多种哺乳动物细胞系、原代细胞中实现大片段基因（>1.5 kb）高效精准的整合，最高效率超过60%，成功实现了全RNA介导的功能基因（DNA）在多种哺乳动物基因组的精准写入，为新一代创新基因疗法的发展提供了基础。作为基因组进化的源动力之一，转座子可以通过在不同基因组间的"跳跃"，实现自我的复制与扩增。其中，以RNA作为媒介的R2逆转座子的"跳跃"机制与以RNA作为供体的基因写入工具的开发思路不谋而合。同时，该类逆转座子天然倾向于整合在真核生物固定的28S rDNA基因组位点，这一位点在人基因组中拷贝数目多（约219个），且远离蛋白编码基因，是适合于外源基因整合的安全港位点（"safe harbor"loci）。因此，R2逆转座子是以RNA为供体的大片段基因写入工具开发的有力的候选者。然而，尽管R2逆转座子早在上世纪80年代就被发现，其在哺乳动物细胞中的功能性质尚未被系统性地探索，迄今为止，未能被利用来在哺乳动物细胞中实现大片段功能基因的有效整合。在本研究中，研究团队首先通过数据挖掘，全面系统地分析了自然界中R2逆转座子元件的生物多样性；通过构建基于RNA供体的基因写入的报告体系，成功筛选出在哺乳动物细胞中具有完整GFP功能基因整合活性的R2Tg系统（来源于一种鸟Taeniopygia guttata 的基因组）。随后，研究团队针对R2Tg系统发挥功能所必需的两个关键组分：R2蛋白质以及供体RNA，进行了系统性的功能探索与工程化改造，最终获得了在人细胞系中基因整合效率超过20%的en-R2Tg工具。系统的工程化改造获得en-R2Tg工具由于R2蛋白质可以通过mRNA表达，且供体RNA本身也是RNA，那么，en-R2Tg工具能否以全RNA形式介导的基因的高效精准写入？为了探究这一点，研究人员通过体外合成获得了编码R2蛋白质mRNA以及供体RNA，并使用脂质体递送的方式将两条mRNA导入人的细胞中。结果显示，en-R2Tg工具能够高效整合多个与疾病治疗相关基因，且这些基因能够有效表达功能蛋白。能够以全RNA的形式发挥功能，意味着en-R2Tg工具可以使用安全性已经在临床上得到证明的LNP纳米材料来进行递送，这将有可能解决长久以来基因写入工具依赖病毒载体进行高效递送的难题。研究团队发现，使用LNP递送en-R2Tg工具在人的肝脏细胞系中能够实现25%的基因整合效率。此外，研究团队还证明R2工具在人类原代细胞中同样具有活性；同时，通过显微注射将en-R2Tg工具导入小鼠胚胎，成功实现了超过60%的GFP基因定点整合效率。本研究的另一关键点在于，工程化改造的en-R2Tg工具是否还保留有天然R2逆转座子的28S rDNA位点特异性整合这一性质？为了回答这一问题，研究人员结合无偏好的基因整合富集高通量测序以及全基因组三代测序方法，发现en-R2Tg工具在全基因组范围内展现了极高的基因整合特异性，大于99%的外源基因都精准整合到28S rDNA安全港位点。同时，结合qRT-PCR以及RNA-Seq实验，研究人员发现en-R2Tg工具对细胞的转录组状态几乎没有影响。这说明 en-R2Tg 介导的基因写入是位点精准特异的，可以有效避免逆转录病毒等技术所产生的基因随机整合导致的基因突变风险。综上，该研究基于自然界存在的R2逆转座系统，结合数据分析和工程化改造方法，成功开发了全RNA介导的、高效精准的基因写入技术，首次在多种人和小鼠细胞系及原代细胞中实现了功能基因的定点整合。R2基因精准写入工具在递送和安全性方面具有显著优势，未来有望基于此工具开发在体功能基因回补写入以及在体生成CAR-T细胞等全新的疾病治疗方法。值得注意的是，R2基因写入技术目前无法实现在不同基因组位点的可编程写入，且在人原代细胞中的基因写入效率较低，因此未来需要进一步发展和优化。开发全RNA介导的、高效精准的哺乳动物细胞大片段功能基因写入工具该研究由中国科学院动物研究所与北京干细胞与再生医学研究院合作完成，中国科学院动物研究所博士后陈阳灿、博士生骆胜球、博士后胡艳萍、博士生毛邦炜、王鑫阁与卢宗宝为本研究共同第一作者，中国科学院动物研究所李伟研究员与周琪研究员为共同通讯作者。该研究工作得到科学技术部、国家自然科学基金委员会、中国科学院、北京市自然科学基金等的大力支持。 ... PC版： 手机版：

中国科学家运用AI算法发现大量RNA病毒

中国科学家运用AI算法发现大量RNA病毒 中国科学家运用人工智能（AI）算法，发现了16万余种RNA病毒，有助于在疫情暴发时更快锁定潜在病原体。 据中新社报道，中山大学星期三（10月9日）晚发布消息，中山大学医学院施莽教授团队与阿里云李兆融团队在《细胞》（Cell）杂志发表论文，报告了全球范围的180个超群、16万余种RNA病毒的发现，大幅扩展全球RNA病毒的多样性。 据介绍，传统的病毒发现方法包括病毒分离和生命组学的生物信息学分析，高度依赖既有知识，面对RNA病毒这种高度分化、种类繁多且容易变异的病毒识别效率低。该研究团队开发的LucaProt人工智能算法能够对病毒和非病毒基因组序列深度学习，并在数据集中自主判断病毒序列。 利用这套算法，研究团队在来自全球生物环境样本的1万零487份RNA测序数据中发现了超过51万条病毒基因组，代表超过16万个潜在病毒种及180个RNA病毒超群。其中23个超群无法通过序列同源方法识别，被称为病毒圈的“暗物质”。 通过进一步分析，团队报告了迄今最长的RNA病毒基因组，长度达到4万7250个核苷酸；发现了超出以往认知的基因组结构，展现出RNA病毒基因组进化的灵活性；识别到多种病毒功能蛋白，特别是与细菌相关的功能蛋白，进一步表明还有更多类型的RNA噬菌体亟待探索；发现在南极底泥、深海热泉、活性污泥和盐碱滩等极端环境中，RNA病毒的数量和多样性仍然较高。 “人工智能的算法模型能够挖掘出我们之前忽略或根本不知道的病毒，这种能力在疾病防控和新病原的快速识别中尤为重要。特别是在疫情暴发时，人工智能的速度和精度可以帮助科学家更快地锁定潜在病原体。”施莽介绍说，研究显示病毒的多样性远超人类想象，人类目前所看到的仍是冰山一角，未来病毒分类体系可能会有大规模的调整。 #中国 #科学家 #病毒-电报频道- #娟姐新闻:@juanjienews

梅奥诊所的新研究揭示了阿尔茨海默病的分子线索

梅奥诊所的新研究揭示了阿尔茨海默病的分子线索 梅奥诊所的研究人员及其合作者发现了这种功能障碍的独特分子特征，有可能为这种疾病带来新的诊断和治疗方法。他们的研究成果发表在《自然通讯》（Nature Communications）上。"这些特征很有可能成为捕捉阿尔茨海默病大脑变化的新型生物标记物，"资深作者、佛罗里达州梅奥诊所神经科学系主任、梅奥诊所阿尔茨海默病遗传学和内表型实验室负责人、医学博士Nilüfer Ertekin-Taner说。为了开展这项研究，研究小组分析了梅奥诊所脑库中的人类脑组织，以及已发表的数据集和合作机构的脑组织样本。研究队列包括 12 名阿尔茨海默病患者和 12 名未确诊阿尔茨海默病的健康患者的脑组织样本。所有参与者都捐献了自己的组织用于科学研究。研究人员说，利用这些数据集和外部数据集，研究小组分析了六个以上脑区的数千个细胞，使这项研究成为迄今为止对阿尔茨海默病血脑屏障最严格的研究之一。他们重点研究了脑血管细胞（占大脑细胞类型的一小部分），以研究与阿尔茨海默病有关的分子变化。他们特别研究了在维持血脑屏障方面发挥重要作用的两种细胞类型：维持血管完整性的大脑"守门员" - 周细胞，以及它们的支持细胞 - 星形胶质细胞，以确定它们是否以及如何相互作用。他们发现阿尔茨海默病患者的样本显示出这些细胞之间的交流发生了改变，这种改变是由一对分子介导的，这对分子被称为VEGFA和SMAD3，前者能刺激血管生长，后者则在细胞对外部环境的反应中发挥着关键作用。研究人员利用细胞和斑马鱼模型验证了他们的发现，即血管内皮生长因子水平升高会导致大脑中SMAD3水平降低。研究小组使用了阿尔茨海默病患者捐献者和对照组捐献者的血液和皮肤样本中的干细胞。他们用VEGFA处理这些细胞，观察它对SMAD3水平和整体血管健康的影响。VEGFA处理导致脑周细胞中SMAD3水平下降，表明这些分子之间存在相互作用。研究人员说，血液中SMAD3水平较高的捐献者血管损伤较小，阿尔茨海默病相关结果较好。研究小组说，还需要更多的研究来确定大脑中的SMAD3水平如何影响血液中的SMAD3水平。研究人员计划进一步研究 SMAD3 分子及其对阿尔茨海默病的血管和神经退行性结果，并寻找其他可能参与维持血脑屏障的分子。编译自/ScitechDailyDOI: 10.1038/s41467-024-48926-6 ... PC版： 手机版：