在神经科学领域，许多神经系统疾病的发病机制一直是科研人员努力攻克的难题。常染色体显性遗传性白质脑病（Autosomal Dominant Leukodystrophy，ADLD）是一种致命的成人发病的进行性神经系统疾病，主要病理特征是中枢神经系统（CNS）广泛脱髓鞘 。大多数 ADLD 病例由涉及层粘连蛋白 B1 基因（LMNB1
1）的串联基因组重复引起，少数由该基因上游的基因组缺失导致。然而，LMNB1 在多种细胞类型中都有表达，为何其异常会特异性地影响中枢神经系统，引发脱髓鞘表型，这一直是个未解之谜。此外，携带 LMNB1 基因重复的个体并非都表现出疾病症状，这背后的机制也不清楚。为了解开这些谜团，来自美国匹兹堡大学等多个研究机构的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，通过全基因组阵列比较基因组杂交（aCGH）技术，对多个家族进行检测，识别出基因组重复和缺失情况。其次，利用 CRISPR/Cas9 技术，在多种细胞系和小鼠模型中进行基因组编辑，构建相关模型以研究基因表达变化。再者，借助 RNA 干扰（RNAi）技术，敲低特定基因表达，探究其对 LMNB1 表达的影响。最后，运用生物信息分析方法，如 Orca 预测模型，分析 3D 基因组结构变化。
研究结果如下：
- 大串联基因组重复不一定导致 ADLD：研究人员在三个独立的多代家族中发现，涉及 LMNB1 的大串联基因组重复（命名为 LN - Dups）并不一定会引发 ADLD。这些家族中的个体，尽管携带 LMNB1 基因重复，但磁共振成像（MRI）检查未显示出白质脑病的变化。这表明，仅仅拥有额外的 LMNB1 基因拷贝不足以导致 ADLD，重复的大小、方向等因素在预测致病性时需要被考虑。
- LMNB1 在 ADLD 患者组织中差异表达：分析 ADLD 患者的成纤维细胞和脑样本发现，ADLD - Dup 成纤维细胞中 LMNB1 表达增加，而 ADLD 缺失患者的成纤维细胞中未增加。在 ADLD 患者的脑样本中，额叶白质（疾病中脱髓鞘的部位）的 LMNB1 表达比年龄和性别匹配的对照组增加了约 4 - 7 倍，而额叶灰质中的表达无显著变化。这表明，在 ADLD 患者中，可能存在一种特定的转录调控机制，使 LMNB1 在白质中过度表达。
- 少突胶质细胞并非唯一受 LMNB1 过表达影响的细胞：研究人员通过实验发现，在小鼠模型中，不仅少突胶质细胞（OLs）会受到 LMNB1 过表达的影响，施万细胞（负责外周髓鞘形成）过表达 LMNB1 也会导致外周神经髓鞘化异常，出现年龄依赖性脱髓鞘。然而，在 ADLD 患者中，外周神经传导未出现缺陷。这提示在 ADLD 患者中，OLs 的特异性参与更可能是由于 LMNB1 在中枢神经系统的靶向过表达。
- 存在调控 LMNB1 表达的组织特异性沉默元件：通过分析 LMNB1 结构变异，研究人员提出存在一个假定的组织特异性沉默元件，该元件在 OL 谱系细胞中下调 LMNB1 表达。在 ADLD - Dup 和 ADLD - Del 中，该沉默元件的缺失或破坏会导致 LMNB1 过表达，而 LN - Dups 由于包含该沉默元件，LMNB1 基因仍受抑制，不会在 OLs 中特异性过表达。研究人员通过 CRISPR/Cas9 介导的基因组删除实验，在小鼠细胞系和小鼠模型中验证了这一假设。
- 沉默元件的作用机制：进一步研究发现，沉默元件中的 CTCF 结合位点在介导 Lmnb1 沉默中起重要作用。CTCF1 和 CTCF2 位点的缺失会导致 Oli - neu 细胞中 Lmnb1 表达增加。此外，PRC2 复合体与 CTCF2 结合，在 OL 特异性 Lmnb1 沉默中发挥作用。在 OLs 中，19kb 沉默元件区域富含 H3K27me3，PRC2 复合体的敲低会导致 Lmnb1 表达增加。
研究结论表明，ADLD 是由 LMNB1 在 OLs 中的转录靶向过表达引起的，这一过程由与 OL 特异性沉默元件的相互作用丧失所介导，而非仅仅是 LMNB1 基因拷贝数的增加。该研究为解释 ADLD 的组织特异性和发病机制提供了统一的框架，有助于理解其他致病性结构变异的潜在影响，对遗传检测具有重要意义。同时，研究结果还表明 OLs 是 ADLD 疾病过程的主要驱动细胞类型，这为设计以降低 LMNB1 水平为策略的治疗方法提供了重要方向，有望减少对其他细胞类型的潜在副作用。此外，该研究还揭示了沉默元件在组织特异性和疾病发生中的作用，为进一步研究非编码调控元件的功能提供了新的视角。
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