长读长测序助力解析TDP-43功能障碍关联的转座子“劫持”基因新机制
2026-02-28 来源:怡美通德微信公众号 点击次数:100渐冻症（ALS）和额颞叶痴呆（FTD）是两种密切相关的神经退行性疾病，多数患者的病理特征涉及TDP-43的功能障碍，尤其是ALS。TDP-43本是神经元中至关重要的“调节器”，调控RNA剪接和转座子表达。正常情况下，转座子作为移动遗传元件，在健康细胞中处于沉睡状态。然而，当TDP-43故障，不仅会导致可变剪接事件出现，还会使沉睡的转座子（TE）被错误唤醒，从而导致TE异常表达，引发一系列连锁反应。
以下为大家介绍的是来自于纽约大学朗格尼医学中心和纽约基因组中心等研究者联合发布的一篇预印本文章，文章使用基于PacBio HiFi优化的长读长RNA测序，研究了TDP-43相关隐性剪接异构体以及转座子通过隐性剪接“外显子化”，插入基因转录本形成基因-转座子融合转录本（crypTEs）等剪接事件，揭示了TE失调影响ALS的新机制。
1 TDP-43敲低i3Neuron模型的建立及其转录本剪接和转座子失调
研究者构建了由iPSC诱导分化的皮质兴奋性神经元模型（i3Neurons），通过CRISPRi在i3Neurons中敲低TDP-43并进行了验证（mRNA和蛋白均减少约2-3倍），同时加入5-Azacytidine抑制NMD以稳定隐性转录本便于检测。短读长RNA-seq显示，TDP-43缺失导致已知靶基因（如STMN2、HDGFL2）表达异常和转座子（尤其是LTR和LINE家族）显著上调，且剪接变化与ALS/FTD患者神经元高度相关。由于短读长测序难以解析重复序列和组装全长转录本，研究者进一步采用基于PacBio HiFi优化的长读长测序（CrypTE-seq）发现了数千种新转录本，捕获了包含重复序列的转座子和全长转录本，剪接异构体以及大量基因-TE融合的隐性剪接事件（crypTEs），为后续功能研究奠定了基础。
图1 TDP-43缺失的i3Neurons中转录异构体检测2 crypTEs的鉴定、分类及其对基因功能的影响
长读长CrypTE-seq揭示TDP-43缺失神经元中存在广泛的基因-转座子隐性剪接事件（crypTEs），主要分为三类：转座子作为可变启动子充当基因转录起始位点（crypTE-TSS）、作为盒式外显子插入基因内部（crypTE-Exon）和作为可变多聚腺苷酸化位点终止转录（crypTE-ApA）。这些crypTEs与TDP-43缺失紧密相关，且多数为crypTE-Exon类型。功能分析显示，约60%的crypTE-Exon和crypTE-ApA转录本引入提前终止密码子，预测会被NMD降解，而部分crypTEs位于开放阅读框内，可能翻译出包含转座子序列的新融合蛋白。例如：与对照相比表达上调的GFM1上游受LINE-1转座子驱动表达调控，同时产生含转座子序列的截短蛋白；表达下调的SNX18外显子2被LINE2c和LTR-52替代，同时产生C端含LINE2c结构域的新蛋白；NDEL1虽总表达量没有显著改变，但最后的外显子被下游LINE2a替代，预测会产生C端含转座子序列的新融合肽。
图2 长读长crypTE事件检测，其与基因表达变化相关，并预测可能产生新的蛋白3 crypTEs在ALS/FTD患者脑组织中的富集及其细胞类型特异性
研究者对伴有认知障碍（ALS-CI）和不伴有认知障碍（ALS-nonCI）的ALS/FTD患者脑额叶皮质（BA46区）进行了CrypTE-seq，发现crypTEs在ALS-CI样本中显著富集，且与TDP-43病理密切相关。其中，SNX18和NDEL1的crypTE事件在患者组织中得到验证，与i3Neuron模型一致。结合单细胞核测序数据分析显示，携带crypTEs的基因在深层皮质兴奋性神经元（尤其是L6 Car3 IT神经元）中表达显著改变，且这些基因与TDP-43直接结合靶点显著重叠。结果表明crypTEs可能作为TDP-43功能障碍的标志物，并参与ALS认知损伤相关神经元转录本的基因表达调控。
图3 在ALS/FTD额叶皮质组织中检测到的TDP-43介导的crypTE转录本，与TDP-43功能障碍相关这项研究中，PacBio长读长转录组测序技术起着举足轻重的作用。传统的短读长测序虽然能精准捕捉基因表达量的变化，却难以解析高度重复的转座子和高度同源的转录异构体序列，如同透过钥匙孔窥探房间——能看到片段，却难窥全貌。而精准的长读长测序如同一扇全景落地窗，让研究者能够一次性读取数千碱基，完整捕获包含转座子序列的全长转录本，甚至精确定位每个转座子的基因组来源。
正是借助这一技术，研究团队得以发现数千种过去忽视的基因-转座子融合转录本（crypTEs），并揭示了TDP-43缺失导致转座子“外显子化”的分子机制。PacBio长读长转录组测序不仅为渐冻症研究提供了前所未有的分辨率，更开启了探索转座子在神经退行性疾病中作用的新篇章。未来，随着测序技术的持续进化，我们对这类复杂疾病的认知也将不断刷新，为患者带来更多希望。
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参考文献
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Isobel Bolger, Regina Shaw, Oliver H Tam, Cláudio Gouveia Roque, Christopher A Jackson, Kathryn O’Neill, NYGC ALS Consortium, Colin Smith, Hemali Phatnani, Karthick Natarajan, Molly Gale Hammell. TDP-43 dysfunction leads to the accumulation of cryptic transposable element-derived exons, crypTEs, in iPSC derived neurons and ALS/FTD patient tissues. bioRxiv 2026.01.09.698641; doi: https://doi.org/10.64898/2026.01.09.698641.