《PLOS Genetics》：LINE-1 retrotransposition in a mouse TDP-43 model of neurodegeneration marks motor cortex neurons for cell-intrinsic and cell non-autonomous programmed cell death
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本研究利用TDP-43转基因小鼠模型，首次在脊椎动物体内证实了TDP-43病理通过诱导逆转录转座子（RTE/ERV）表达，触发LINE-1逆转录转座，进而导致运动皮层神经元发生细胞自主性程序性死亡，并产生细胞非自主性毒性，为神经退行性疾病（NDD）的发病机制提供了新视角。
文章内容总结
hTDP-43-Q331K小鼠表现出早发性运动缺陷，而hTDP-43-WT小鼠表现出晚发性运动缺陷
研究团队利用已建立的转基因小鼠模型，该模型表达中等水平的人源TDP-43（hTDP-43-WT）或带有ALS致病性Q331K氨基酸替换的突变体（hTDP-43-Q331K），其表达量约为内源性小鼠TDP-43的1.5倍。通过量化后肢抓握和加速旋转棒上的潜伏期，研究人员发现hTDP-43-Q331K转基因动物在3个月大时即出现显著的后肢抓握缺陷，而hTDP-43-WT转基因动物直到17个月大时才表现出显著的后肢抓握缺陷。在旋转棒测试中，hTDP-43-Q331K动物从3个月大开始就表现出较短的潜伏期，而hTDP-43-WT动物直到17个月大时仍未表现出与对照组的显著差异。这些表型与之前的研究报告一致，进一步证实了hTDP-43-WT小鼠存在晚发性运动功能障碍。
hTDP-43-Q331K和hTDP-43-WT小鼠在运动皮层中表现出广泛的RTE和基因转录本变化，且与神经缺陷的发生相关
为了探究TDP-43病理对转录谱的影响，研究人员在1.5、3、6、10和15个月大时，从hTDP-43-WT、hTDP-43-Q331K和非转基因对照动物的运动皮层（MC）中提取总RNA进行测序。分析结果显示，hTDP-43-Q331K动物在3个月大时，以及hTDP-43-WT动物在15个月大时，MC中出现了广泛的逆转录转座子（RTE）和内源性逆转录病毒（ERV）的差异表达。这些变化主要发生在行为缺陷首次出现时或之前。值得注意的是，在hTDP-43-Q331K动物中，RTE/ERV的表达增加是短暂的，在3个月大时达到峰值，随后下降。而在hTDP-43-WT动物中，这种上调直到15个月大时才出现。对活性小鼠LINE家族RTE的分析也显示，hTDP-43-Q331K动物在3个月大时，以及hTDP-43-WT动物在15个月大时，其表达量显著增加。
hTDP-43-Q331K和hTDP-43-WT小鼠在运动皮层中表现出LINE-1逆转录转座事件增加的细胞数量
为了研究TDP-43病理是否会导致LINE-1的逆转录转座，研究人员将hTDP-43-Q331K和hTDP-43-WT动物与L1-EGFP报告基因品系杂交，该报告基因只有在转基因LINE元件通过RNA中间体逆转录并作为cDNA重新插入新的染色体位置时才会表达GFP。通过免疫组织化学分析，研究人员发现，在3个月和6个月大时，hTDP-43-Q331K/L1-EGFP和hTDP-43-WT/L1-EGFP双转基因动物MC中GFP阳性细胞的数量显著高于L1-EGFP对照动物。然而，这种效应是短暂的，在10个月和15个月大时，GFP阳性细胞的数量恢复到对照水平。在hTDP-43-Q331K/L1-EGFP动物中，GFP阳性细胞数量的增加与运动功能障碍的发生时间相关，而在hTDP-43-WT/L1-EGFP动物中，LINE-1逆转录转座事件的发生早于运动功能障碍的出现。
hTDP-43-Q331K动物在MC神经元和星形胶质细胞中表现出LINE-1逆转录转座事件增加，但在小胶质细胞中未发现
为了确定发生LINE-1逆转录转座的细胞类型，研究人员对MC中的GFP阳性细胞进行了免疫组织化学染色。结果显示，在hTDP-43-Q331K/L1-EGFP和hTDP-43-WT/L1-EGFP基因型中，所有MC GFP阳性细胞均被泛神经元标记物Neurotrace-Blue或星形胶质细胞标记物S100β标记，表明发生LINE-1逆转录转座的细胞类型是神经元和星形胶质细胞。研究人员未在任何动物的MC中发现被小胶质细胞标记物Iba1标记的GFP阳性细胞，表明小胶质细胞可能不是L1-EGFP逆转录转座的位点。对每个簇中GFP阳性细胞数量的量化显示，在6个月大时，hTDP-43-Q331K/L1-EGFP动物MC中每个簇的L1-EGFP阳性神经元数量显著高于hTDP-43-WT/L1-EGFP动物。而在3个月和6个月大时，两种基因型中每个簇的GFP阳性星形胶质细胞数量没有显著差异。
hTDP-43-Q331K动物表现出跨越MC前后轴的连续单侧L1-EGFP标记神经元簇
研究人员进一步检查了MC中发生LINE-1逆转录转座的细胞簇在前后轴上的空间分布。结果显示，在3个月和6个月大时，hTDP-43-Q331K/L1-EGFP小鼠通常表现出一个跨越MC前后轴多个切片的单侧大簇。相比之下，hTDP-43-WT/L1-EGFP小鼠通常表现出多个较小的簇，这些簇仅限于少数切片，并且经常在给定切片的脑两侧出现。在3个月大时，hTDP-43-Q331K/L1-EGFP基因型的L1-EGFP标记簇通常出现在MC的前部区域。到6个月大时，这些簇在MC的前后轴上分布更均匀。而hTDP-43-WT/L1-EGFP动物则继续表现出较小的L1-EGFP标记细胞簇，通常局限于前部区域，在3个月到6个月之间大小和分布没有显著变化。
TDP-43驱动的LINE-1逆转录转座预示着细胞自主性死亡，以及远处细胞的死亡
为了探究L1-EGFP标记细胞在后期时间点消失的原因，研究人员进行了TUNEL染色。结果显示，L1-EGFP阳性神经元通常呈TUNEL阳性，这表明发生LINE-1逆转录转座的神经元极有可能发生程序性细胞死亡。相比之下，发生LINE-1逆转录转座的GFP阳性星形胶质细胞未表现出TUNEL染色，表明LINE-1逆转录转座相关的程序性细胞死亡具有细胞类型特异性。此外，研究人员还观察到，在hTDP-43-Q331K/L1-EGFP动物中，许多GFP阴性的细胞也出现了TUNEL标记。为了量化这种细胞非自主性效应，研究人员测量了距离L1-EGFP阳性细胞簇边缘不同距离处的TUNEL标记。结果显示，在hTDP-43-Q331K/L1-EGFP和hTDP-43-WT/L1-EGFP小鼠中，靠近GFP簇的GFP阴性细胞中TUNEL阳性细胞核的百分比随着距离GFP阳性细胞簇的距离增加而减少。而在L1-EGFP对照小鼠中，靠近罕见GFP阳性细胞的GFP阴性细胞与较远区域的细胞相比，TUNEL染色没有显著差异。这表明，在表达hTDP-43-Q331K或hTDP-43-WT的动物中，发生LINE-1逆转录转座的细胞会对附近的神经元或胶质细胞产生细胞非自主性毒性，导致其死亡。
