【原】ATAC-seq & RNA-seq助力阿尔兹海默症发病机制的研究

2020年，首都医科大学宣武医院在《Alzheimer's Research & Therapy》（2区，影响因子6.1）上发表了论文Characterization of the chromatin accessibility in an Alzheimer’s disease (AD) mouse model。该文章联合ATAC-seq和RNA-seq研究阿尔兹海默症小鼠模型中染色质的景观图以及关键的转录因子，为进一步阐述AD的发病机制提供新的思路。由嘉因生物提供ATAC-seq&RNA-seq实验和数据分析技术服务。

研究背景

阿尔茨海默病（AD）是一种全球性的神经退行性疾病，严重威胁人类健康。目前，关于AD发病机制的研究主要集中在tau蛋白诱导了淀粉类蛋白沉积以及形成神经纤维结，引发炎症及神经元细胞凋亡相关研究上。在AD高发病中涉及大量基因的异常表达，如APOE，APP，PSEN1，PSEN2，SORL1，ABCA7，IGHG3以及ZNF655等，了解这些关键基因的表达是如何被调控的，对于AD的发病进程以及机制的阐述具有重要的意义。

目前，大量研究表明研究染色质的开放程度对于转录因子以及一些顺式作用元件的调控机制至关重要，已有研究表明在大脑中染色质的开放程度存在一定差异，因此采用ATAC-seq及RNA-seq研究AD的小鼠模型APP/PS1中染色质的全局景观图，以及潜在的转录因子，进一步阐述AD疾病中的转录调控机制，将为AD发病机制的研究提供理论支持。

样本信息

分为两组：AD：雄性 APPswe/PS1dE9小鼠（3只）；WT：C57BL/6小鼠（3只）

样本类型：海马体组织

实验方法：ATAC-seq & RNA-seq

研究结果

01

  AD小鼠模型中染色质开放程度

作者通过ATAC-seq检测AD小鼠模型以及WT小鼠海马体组织中的染色质开放程度，发现两组样本中转录起始位置上游1kb位置均有显著的富集并且在AD小鼠模型中TSS区域富集程度显著高于WT小鼠，表明其染色质的开放程度更高。

进一步分析了染色质开放区域的下游基因涉及的信号通路和基因功能，发现主要涉及PI3K-Akt, Hippo, TGF-β以及Jak-Stat等信号通路，这些通路在细胞的增殖，凋亡以及炎症应答反应中有重要的作用。

02

AD小鼠模型中差异染色质开放程度及相关基因表达

联合ATAC-seq和RNA-seq研究染色质开放程度高的区域中相关基因的表达量，结果表明在染色质开放程度高的区域，基因表达量较高。同时，AD模型和WT小鼠比较发现二者存在显著的差异， ATAC-seq数据共检测到1690个染色质开放区域增加，1003个染色质开放区域降低；RNA-seq数据共检测到1090个上调基因，1081个下调基因。

这些结果表明，AD相关的染色质的开放区域对于调控其关键基因的异常表达具有重要的作用，上调的基因主要是关于成骨细胞分化以及雌性激素信号通路中；下调的基因主要是支链氨基酸以及脂肪酸降解过程。

03

AD小鼠模型中关键的转录因子

通过研究AD相关的染色质开放区域的转录因子，进一步阐述染色质开放区域和基因过表达之间的潜在机制。对比AD模型小鼠和WT中差异的50个peak，发现15个富集程度较高的转录因子motif，其中NeuroG2，NeuroD1，Atoh1和TCF4有重要的作用。

04

AD小鼠模型中染色质开放区域的基因表达处于激活状态

最后，检测了AD小鼠模型中染色质开放区域显著上调的基因Sele，Ccr6，CD300lf，Clec7a和Cst7上H3K4me3及H3K27ac组蛋白修饰的情况，发现高表达的基因上激活型组蛋白修饰水平较高。

本研究应用ATAC-seq和RNA-seq，联合分析了AD疾病的小鼠模型中染色质的开放程度以及在发病过程中关键的基因及转录因子，将为阐述AD发病机制提供新的视角。