概览
- Title：Functional characterization of Alzheimer’s disease genetic variants in microglia
- 标题：小胶质细胞中阿尔茨海默病遗传变异的功能表征
- Date：2023.9.23
- Journal：Nature Genetics（IF=30.8）
一句话简介
文章对AD相关的GWAS位点在小胶质细胞中的功能进行了阐释，通过单细胞CRISPRi筛选进一步建立了功能变异和靶基因之间的联系。
结果
1. Differentiated microglia exhibit features of primary cells 分化的小胶质细胞表现出原代细胞的特征
作者首先对人多能干细胞 （hPSC） 刺激分化成microglia-like细胞，然后使用干扰素-β （IFNβ） 刺激模拟病毒样感染的AD microglia。作者在本部分利用scRNA-seq证明hPSC来源的microglia-like细胞与真实患者相一致。
Figure 1
2. Dynamic transcription and 3D epigenome in microglia upon stimulation 刺激后小胶质细胞中的动态转录和 3D 表观基因组
作者对Control组和IFNb组进行了ATAC-seq，证明了两组不同来源case-control细胞的DAR是一致的（Fig 2a）。上调的DAR富集了免疫应答中的关键转录因子的结合位点，包括STAT1, IRF1, JUNB, SPI1 and RUNX1等（Fig 2b）
Fig2 a,b
接下来作者对control和IFNb组进行了全基因组启动子捕获 Hi-C （pcHi-C）。
一般来说，大多数差异表达基因（DEGs;n = 2,993）与染色质可及性变化（DARs）或染色质相互作用（DCRs）变化无关（SupFig 4f）。
SupFig 4f
事实上，这些基因中有许多在IFNβ刺激前后表现出稳定的染色质环状态，只有3,018和205个区域显示出与基因启动子的相互作用的获得或丧失（Fig 2c）
Fig 2c
对于IFNβ刺激后具有差异可及区域（DAR）或差异接触区域（DCR）的基因，作者将它们分为四个不同的组（Fig 2d）： 1. 同时具有DAR和DCR的基因；2. 仅具有DAR的基因；3. 具有DAR但其启动子不参与任何相互作用的基因；4. 仅具有DCR的基因。值得注意的是，同时具有DAR和DCR的基因更容易具有转录上的差异。（Fig 2d）
Fig 2d
对于没有准备好激活的基因，染色质状态的变化仍然可以在基因调控中发挥重要作用。举个例子，MS4A6A的启动子（灰色）获得了与远端开放染色质区域的染色质相互作用（粉色），在IFNb组，粉色区域的染色质可及性增加，虽然启动子（灰色）的可及性变化不大，但因为远端粉色的DAR，导致了MS4A6A的表达上调。作者近一步调查了粉色区域的SNP，发现存在两个优先的 AD 风险变异，rs636317 和 rs636341。
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综上，AD风险变异可以通过调节免疫反应基因来促进AD发病
3. AD fine-mapping with microglia epigenomic annotations 使用小胶质细胞表观基因组注释进行AD精细定位
首先进行了分区连锁不平衡评分回归（LDSC）分析，观察对照组和刺激小胶质细胞cCREs中AD SNP遗传力的富集。具有启动子相互作用的peak比单独ATAC-seq的peak表现出更高的富集度。（Fig 3a）
Fig 3a
最近的一项荟萃分析共确定了 37 个 AD 风险位点。为了说明这些变异发挥作用的细胞类型，我们使用两种广泛使用的方法PAINTOR和FGWAS（功能性 GWAS ）对这 37 个 AD 位点进行了分析，使用来自分化小胶质细胞的开放染色质区域和染色质环作为输入注释特征（Fig 3b）。
首先保留从PAINTOR或FGWAS得到的95%可信的SNP并集，然后保留LD R^2 > 0.8，且落在与promoter有interaction的peaks上的variants，最终得到了349个variants。这些variants中有87 个在 DAR 或 DCR 中，有 262 个在case和control中都有。（Fig 3b）
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接下来的内容没太读懂T_T，总之就是发现了一些risk cRE和risk variants，然后进行了富集分析，发现淀粉样蛋白-β 代谢过程的正调控在IFNβ 组显著富集（Fig 3cd）。
Fig 3cd
4. AD variants affect multiple target genes in microglia AD变异影响小胶质细胞中的多个靶基因
作者接下来使用 CRISPRi 筛选和HyPR-seq（一种专注于目的基因的scRNA-seq方法）验证了 hPSC 衍生的小胶质细胞样细胞中的优先 AD 风险位点。作者在五个 AD 风险位点（PICALM、BIN1、INPP5D 和 SLC24A4/RIN3）对推定的 cCRE 进行了功能表征，这些位点通过脂质代谢、内吞途径或免疫反应与 AD 发病机制相关，并且由于它们与 AD GWAS virants的接近而被认为是风险基因。(Fig 4)
作者还发现了TREM2增强子和启动子的协同作用（同时干扰TSS和enhancer的cRE有着更明显的下调，只干扰一个不怎么下调）
balabalabalabala......
综上所述，我们的研究结果表明，单个AD风险位点可以通过同时调节多个基因来促进多个生物学过程中的AD发病机制。
Fig 4
5. AD risk SNPs show allelic imbalance in gene expression AD 风险 SNP 显示基因表达的等位基因失衡
rs7922621和rs7910643 都位于同一个cRE上，作者通过实验证明是rs7922621 影响小胶质细胞的生理功能，而不是 rs7910643 是导致TSPAN14下调。作者的分析强调了在碱基对分辨率下表征变异的重要性。
Fig 5
相关链接
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41588-023-01506-8
代码链接（CRISRPi/HyPR-seq）：https://doi.org/10.5281/zenodo.8206584
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