TDP-43缺失与M337V突变对运动神经元转录组的系统性影响：编码与非编码RNA的协同调控机制

本研究针对肌萎缩侧索硬化症(ALS)和额颞叶变性(FTLD)中TDP-43蛋白异常聚集的病理机制，通过RNA干扰和突变体过表达技术，在NSC34运动神经元模型中系统分析了TDP-43缺失与M337V突变对编码/非编码RNA的调控作用。研究采用核糖体去除的全转录组测序技术，首次在相同细胞模型中平行比较了TDP-43功能丧失与突变效应的转录组差异，揭示了非编码RNA在TDP-43相关神经退行性疾病中的潜在调控网络，为理解ALS/FTLD的分子机制提供了新视角。数据集已公开于ArrayExpress(E-MTAB-13738)。

　　

在神经退行性疾病研究领域，TAR DNA结合蛋白43(TDP-43)的异常聚集被视为肌萎缩侧索硬化症(ALS)和额颞叶变性(FTLD)的关键病理标志。正常情况下定位于细胞核的TDP-43，在97%的ALS和45%的FTLD患者中形成病理性胞质包涵体，伴随核内蛋白清除。这种定位改变与超过50种TARDBP基因突变相关，其中M337V突变（第337位甲硫氨酸被缬氨酸取代）因促进淀粉样纤维形成而备受关注。尽管已知TDP-43参与RNA转录、剪接和代谢调控，但其功能异常导致神经退行的具体机制仍不明确。尤其缺乏在相同细胞模型中系统比较TDP-43缺失与突变效应的研究，且既往转录组分析多忽视非编码RNA的调控作用。

波兰尼基实验生物学研究所等机构的研究团队在《Scientific Data》发表重要成果，通过在NSC34运动神经元样细胞（ALS常用模型）中实施TDP-43敲降与M337V突变体过表达实验，采用能同时捕获编码/非编码RNA的核糖体去除测序技术，构建了首个全面比较TDP-43功能异常模式的转录组数据集。研究揭示了两类干预导致的共性及特异性RNA调控网络，特别阐明了长链非编码RNA(lncRNA)与mRNA的互作关系，为解析TDP-43相关疾病的分子机制提供了新范式。

关键技术方法包括：1）使用两种特异性siRNA（Mm_Tardbp 1/2）实现TDP-43敲降，野生型/突变型TDP-43通过pcDNA3.1(+)-C-eGFP载体过表达；2）SEQuoia Complete Stranded RNA建库技术结合核糖体去除，实现全转录组覆盖；3）Illumina NovaSeq 6000平台75bp单端测序（平均深度50M reads）；4）基于GRCm38/mm10基因组的STAR比对与featureCounts定量流程；5）DESeq2差异表达分析与MultiQC质控体系。所有样本RNA完整性数(RIN)>9.0。

RNA-Seq工作流程与质量控制

实验设计包含TDP-43敲降(KD)与非沉默对照(NS)、M337V突变体(MVT)与野生型对照(WTT)四组（n=8/组）。FASTQC显示所有样本Phred质量值≥30，Cutadapt去除接头后保留有效读长>15bp。PCA分析显示组间差异贡献率达75%（PC1 67%+PC2 8%），且Tardbp表达模式符合预期：KD组最低，过表达组最高，NS组居中，验证了干预有效性。

转录组特征与生物型分布

在检测到的35,144个基因中，蛋白编码基因占48.8%（17,148个），lncRNA占5.8%（2,040个），伪基因等非编码RNA占11.4%。TPM标准化后表达分布趋于一致，满足差异分析要求。特别值得注意的是，这是首个在TDP-43模型中同时覆盖lncRNA与mRNA的大规模数据集。

技术验证与数据可靠性

层次聚类显示组内相关系数>0.9，且实验组间界限分明。核糖体RNA去除效率经电泳验证（18S/28S峰消失），RIN值均>9.0。这些质控指标保障了后续调控网络构建的可靠性。

该研究通过创新性的实验设计解决了三个关键问题：首次在运动神经元模型中平行比较TDP-43缺失与突变效应；突破性整合编码/非编码RNA分析；建立标准化数据处理流程（数据已公开于E-MTAB-13738）。结果表明，TDP-43功能异常通过双重机制影响转录组：直接调控靶RNA代谢，以及通过改变lncRNA网络间接影响基因表达。这些发现为理解ALS/FTLD中RNA代谢紊乱提供了系统视角，尤其揭示了非编码RNA在TDP-43蛋白病中的潜在桥梁作用。研究者开发的R分析包（GitHub可获取）为领域内同类研究设立了可重复分析标准，而包含4,368个非编码RNA的数据集将助力发现新的调控因子。未来研究可基于此探索特定lncRNA-mRNA互作在运动神经元退化中的因果作用，或开发针对TDP-43异常RNA调控的干预策略。