Forskare vid UNSW Sydney har identifierat runt 150 funktionella DNA-förstärkare i humana astrocyter som reglerar gener kopplade till Alzheimers sjukdom. Genom att testa nästan 1 000 potentiella brytare med avancerade genetiska verktyg avslöjade teamet hur icke-kodande DNA påverkar hjärncellsaktivitet. Resultaten, publicerade den 18 december i Nature Neuroscience, kan bidra till utvecklingen av riktade behandlingar och förbättrade AI-prediktioner av genkontroll.
Det mänskliga genomet består av cirka 2 % gener och 98 % icke-kodande DNA, länge avfärdat som »skräp» men nu erkänt för att innehålla regulatoriska element som förstärkare. Dessa förstärkare, ofta avlägsna från de gener de påverkar, spelar en avgörande roll i att styra genuttryck i specifika celltyper, inklusive astrocyter – stödjande hjärnceller inblandade i Alzheimers sjukdom.
I en banbrytande studie genomförde forskare från UNSW Sydneys School of Biotechnology & Biomolecular Sciences den största CRISPRi-förstärkarsscreeningen i hjärnceller hittills. De använde CRISPRi, en teknik som tystar DNA-segment utan att skära dem, i kombination med single-cell RNA-sekvensering för att bedöma nästan 1 000 kandidatförstärkare i labb-odlade humana astrocyter. Detta tillvägagångssätt möjliggjorde mätning av genaktivitetsförändringar i enskilda celler.
»Vi använde CRISPRi för att stänga av potentiella förstärkare i astrocyterna för att se om det ändrade genuttrycket«, förklarade försteförfattaren Dr. Nicole Green. »Och om det gjorde det, visste vi att vi hittat en funktionell förstärkare och kunde ta reda på vilken gen – eller gener – den styrde. Det hände för cirka 150 av de potentiella förstärkarna vi testade. Och slående nog styrde en stor andel av dessa funktionella förstärkare gener inblandade i Alzheimers sjukdom.«
Resultaten minskar det stora sökutrymmet i det icke-kodande genomet för genetiska ledtrådar till Alzheimer, eftersom många sjukdomsrelaterade varianter finns utanför generna. Professor Irina Voineagu, som ledde forskningen, noterade att katalogen över validerade förstärkare fungerar som referens för genetiska studier av tillstånd som hypertoni, diabetes och neurodegenerativa sjukdomar. »Vi pratar inte om behandlingar än. Men man kan inte utveckla dem utan att först förstå ledningsdiagrammet«, sade hon.
Utöver omedelbara tillämpningar tränar datamängden AI-modeller för att förutsäga förstärkarfunktioner mer exakt. Googles DeepMind använder den för att benchmarka sin AlphaGenome-modell, vilket potentiellt kan påskynda framtida upptäckter. Framåt ser teamet potential i celltypsspecifik riktning för precisionsmedicin, med paralleller till förstärkarbaserade behandlingar för sigdcenanemi.
»Det här är något vi vill undersöka djupare: ta reda på vilka förstärkare vi kan använda för att slå på eller av gener i en enda hjärncelltyp, på ett mycket kontrollerat sätt«, tillade Dr. Green. Även om kliniska tillämpningar är avlägsna belyser detta arbete det regulatoriska landskapet för hjärnceller i Alzheimers patologi.
