在神經元衰老的過程中，常見的基因組結構異常或混亂（如DNA損傷、R環穩態失衡等）可能會增加神經退行性疾病（如阿爾茨海默病）的風險。這些基因組紊亂可能會干擾神經元的正常功能，從而引發或加劇神經退行性疾病的發展。

《EurekAlert》

5月8日消息

在大腦老化的背景下研究神經退行性疾病，將測試細胞中被稱為 R 環的特殊基因組結構與阿爾茨海默病等疾病之間的聯系。普渡大學（Purdue University）的研究人員 Hana Hall 之前發表在《細胞衰老》（Aging Cell）上的研究表明，阻止由 DNA 和 RNA 纏結構成的 R 環可以減緩神經元老化，她將在美國國立衛生研究院（NIH）提供的 245 萬美元 R01 研究經費的支持下，研究 R 環在神經退行性疾病中的作用。

之前的研究于2022年1月20日發表在《Aging Cell》（最新影響因子：7.8）雜志上

阿爾茨海默病患者的大腦特征表現為錯誤折疊的 β-淀粉樣蛋白斑塊、tau 蛋白的累積以及炎癥，這些變化會隨著時間的推移而累積。科學家們不知道這些變化是疾病的原因還是結果，但它們無疑是出錯的過程的結果。Hall 懷疑，R 環更頻繁地出現可能產生細胞壓力，這些壓力累積起來會導致阿爾茨海默病中出現的一些變化。

“當我們診斷出阿爾茨海默病時，傷害已經造成，但這種傷害已經累積了幾十年。” Hall 說，她是普渡大學農業學院的生物化學研究助理教授，也是 DNA 損傷和老化方面的專家， “如果我們能發現問題何時開始，并在那個地方開始預防，又會怎樣呢？”

預防的方法之一可能在于導致 R 環形成的一系列化學反應或通路。在 NIH 的資助下，Hall 將研究一種涉及特定化學標記（如N6-甲基腺苷或m6A）的通路，已知該標記有助于清除 RNA-DNA 纏結。阿爾茨海默病患者的腦細胞中 m6A 水平較低，Hall 的工作將測試這一聯系。

“我們知道 R 環在老化神經元中累積，我提出在神經退行性疾病期間也發生了類似的過程，但這個過程加速了，” Hall 說，“老化大腦中有許多通路被錯誤調節，我認為 R 環累積在很大程度上導致了這些問題。”

在細胞的細胞核內，長雙鏈 DNA 編碼了維持和復制生命所需的所有材料的指令。當這些鏈條（包括拼寫特定蛋白質指令的基因）不使用時，它們會被壓縮并松散地捆綁在一起。當需要特定蛋白質時，該基因的 DNA 會被解開，暫時分離出該部分，然后一個分子馬達沿著 DNA 的一側移動，將其轉錄成互補的 RNA 鏈。

通常，RNA 鏈在組裝時會從 DNA 上懸掛下來，并在復制完成時脫離。但有時，RNA 會與 DNA 的某一部分結合，導致基因表達受阻。細胞有許多機制來防止或消除 R 環。但如果這些機制失敗，細胞會剪切 RNA-DNA 纏結的結合部分并將其從細胞核中清除出去。這解決了阻礙，但產生了兩個問題：首先，在細胞的某一部分，RNA-DNA 雜合體吸引了免疫系統的注意，引起炎癥；其次，留在細胞核中的 DNA 現在受損了。

“化學標記（如m6A）的缺失會使 R 環穩定，從而導致更多的DNA損傷，”Hall說，“我們的細胞可以修復 DNA，但隨著年齡的增長，DNA 修復的效率會降低，因此我們會有更多的 R 環和更多的 DNA 損傷。這對細胞來說是非常危險的。”

穩定的 R 環對神經元來說是一個特別的問題，因為神經元不像我們體內的其他細胞那樣會自我替換。因此，在我們的一生中，神經元細胞中 R 環的累積等問題可能會導致基因受損和神經元功能喪失。

作為該資助的一部分，Hall 將使用果蠅這一優秀的模型生物來研究老化和阿爾茨海默病，以調節 m6A 的水平，并觀察這是否能減少穩定 R 環的數量，從而減少 DNA 損傷。盡管大約 70% 的人類疾病相關基因在果蠅中是保守的，但 Hall 的下一步將是研究 R 環、基因組不穩定性和神經炎癥在哺乳動物模型生物（如植入人腦tau蛋白的大鼠神經細胞培養物）之間的聯系。

2022年發表在《細胞衰老》（Aging Cell）雜志上的論文中，Hall 展示了在果蠅視網膜的光感受器神經元中減少 R 環水平會減緩視覺功能的漸進性喪失。

“這確實是第一篇關于神經元老化過程中 R 環的論文，” Hall 說，“這一發現讓我們有信心提出，與老化相似，患病神經元可能因 R 環累積而受損。”

創立于1869年的普渡大學

參考文獻

Source：Purdue University

Common genomic tangles in aging neurons may contribute to neurodegenerative disorders such as Alzheimer’s disease

Reference：

Jauregui-Lozano, J., Escobedo, S., Easton, A., Lanman, N. A., Weake, V. M., & Hall, H. (2022). Proper control of R-loop homeostasis is required for maintenance of gene expression and neuronal function during aging. Aging Cell, 21, e13554. https://doi.org/10.1111/acel.13554

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       原文標題 : 老化神經元中的常見基因組纏結可能促成神經退行性疾病