端粒重复序列RNA(TERRA)在人类衰老细胞中的增加及其与阿尔茨海默病的关联研究

本研究通过TERRA-capture RNA-seq和Nanopore直接RNA测序技术，首次在T2T-CHM13基因组中注释了TERRA转录区域，发现TERRA在血液、大脑和成纤维细胞中随年龄增长而显著上调。研究人员开发了生物信息学工具TERRA-QUANT，证实TERRA与衰老和阿尔茨海默病早期病理相关，为理解端粒非编码RNA在衰老和神经退行性疾病中的作用提供了新视角。

　　

端粒作为染色体末端的保护帽，其稳定性与细胞衰老和疾病密切相关。端粒重复序列RNA（Telomeric repeat-containing RNA, TERRA）是一类从亚端粒区域向端粒方向转录的长链非编码RNA，由UUAGGG重复序列和染色体特异的亚端粒序列组成。尽管TERRA在酵母和癌细胞中的功能已有较多研究，但其在人类衰老过程中的表达变化及其与疾病的关联仍不清楚。随着全球老龄化加剧，理解TERRA在衰老相关疾病如阿尔茨海默病中的作用具有重要意义。

台湾大学分子与细胞生物学研究所的研究人员通过结合TERRA-capture RNA-seq和Oxford Nanopore直接RNA测序技术，首次在T2T-CHM13参考基因组中系统注释了TERRA转录区域。研究发现TERRA转录本包含数百至上千个核苷酸的端粒重复序列，主要起源于富含H3K4me3、RNA Pol II、CTCF和R-loop的61-29-37 bp重复启动子区域。团队开发了生物信息学工具TERRA-QUANT，用于从RNA-seq数据集中量化TERRA表达水平，发现TERRA在血液、大脑和成纤维细胞中随年龄增长而显著增加。该研究还通过单细胞RNA-seq分析揭示了TERRA在不同细胞类型中的表达模式，特别是在人类胚胎干细胞分化为神经元过程中TERRA的上调现象。相关成果发表在《Nucleic Acids Research》上。

研究采用了多项关键技术：1) TERRA捕获技术结合Illumina和Nanopore测序获取全长TERRA序列；2) 开发TERRA-QUANT工具进行跨组织TERRA定量分析；3) 利用公开的单细胞RNA-seq数据集（包括来自ROSMAP项目的阿尔茨海默病患者脑组织样本）；4) 通过RT-qPCR验证老年人群白细胞中TERRA上调；5) 分析ALT阳性骨肉瘤细胞的TERRA表达特征。

研究结果部分：

1. TERRA转录区域的鉴定：通过Nanopore长读长测序和CAGE-seq分析，将TERRA转录区域分为三类：含61-29-37 bp重复的I型（37个染色体末端）、不含这些重复的II型（2个末端）和间质端粒重复序列（ITS）的III型。

2. TERRA长度特征：Nanopore测序显示TERRA分子平均含222-284 bp的纯端粒重复序列，最长可达1487 bp，证实了TERRA作为长链非编码RNA的特性。

3. 表观遗传调控机制：ChIP-seq分析揭示TERRA启动子的61 bp重复富集CTCF和RNA Pol II，29 bp重复区DNA甲基化程度高，37 bp重复则与H3K4me3修饰和R-loop形成相关。

4. 衰老相关TERRA上调：TERRA-QUANT分析发现血液、大脑和成纤维细胞中TERRA水平与年龄呈正相关（P<0.01），老年人群（>60岁）白细胞TERRA表达较成年人高2-3倍（P<0.001），且与端粒缩短呈负相关（r=-0.42）。

5. 疾病关联性：在阿尔茨海默病早期病理阶段，兴奋性神经元中TERRA水平显著升高；携带PS1突变的iPSC分化神经元也显示TERRA上调（P<0.01）。

6. 细胞类型特异性：单细胞分析显示树突状细胞TERRA水平最高，神经元分化过程中TERRA与ATRX表达同步增加，但在老年大脑中呈现此消彼长关系。

这项研究首次建立了人类TERRA转录组的系统注释框架，揭示了TERRA作为衰老生物标志物的潜力。特别是在神经退行性疾病中，TERRA的异常上调可能通过影响端粒稳定性、G-四链体（G-quadruplex）形成以及与ATRX的相互作用参与病理过程。研究成果为开发基于TERRA的衰老干预策略和阿尔茨海默病早期诊断提供了新思路，同时也为理解端粒非编码RNA在细胞命运决定中的功能开辟了新途径。