《Behavioural Brain Research》：Early and Progressive Transcriptional Remodeling of Retrotransposons in Huntington’s Disease Models
编辑推荐：
朱塞佩·佩佩（Giuseppe Pepe）|卢多维卡·皮扎蒂（Ludovica Pizzati）|保罗·罗萨（Paolo Rosa）|妮可·瓦伦蒂尼（Nicole Valentini）|伊莱尼亚·科莱塔（Ilenia Coletta）|帕梅拉·斯卡塞利（Pamela Scarse
朱塞佩·佩佩（Giuseppe Pepe）|卢多维卡·皮扎蒂（Ludovica Pizzati）|保罗·罗萨（Paolo Rosa）|妮可·瓦伦蒂尼（Nicole Valentini）|伊莱尼亚·科莱塔（Ilenia Coletta）|帕梅拉·斯卡塞利（Pamela Scarselli）|玛丽安娜·斯托尔托（Marianna Storto）|阿尔巴·迪·帕尔多（Alba Di Pardo）|维托里奥·马格里奥内（Vittorio Maglione）
IRCCS Neuromed，Via Dell’Elettronica，86077，波齐利（Pozzilli，IS），意大利
摘要
逆转录转座子，包括自主的长散布核元件（LINEs）和非编码的短散布核元件（SINEs），是基因组结构和可塑性的重要组成部分，在神经退行性疾病中发挥着日益重要的作用。在亨廷顿病（HD）中，逆转录转座子对疾病发生的贡献仍不明确。
在这里，我们研究了两种HD小鼠模型（R6/2和zQ175）中LINE和SINE家族的时空表达谱，涵盖了无症状期、症状期和胚胎期。
通过定量PCR分析，我们发现了随着疾病进展而变化的LINE和SINE表达的特异性区域差异。值得注意的是，在zQ175小鼠中，从胚胎第18天起就出现了表达失调现象，表现为L1 5’UTR区域的Tf基因选择性下调，而SINE B2基因显著上调。症状期表现出模型和区域依赖性的模式，包括纹状体和皮质组织中特定LINE和SINE基因的上调，以及海马区的广泛下调。免疫印迹实验显示，症状期HD小鼠的纹状体、皮质和海马区ORF1p和ORF2p蛋白水平降低，这通常与转录变化不一致。
我们的结果表明，逆转录转座子的失调是HD早期且进行性的事件，先于明显的神经退行性变化，并反映了不同区域的脆弱性。
这些发现支持逆转录转座子活动可能参与HD发病机制的假设，这可能代表了一个新的治疗靶点。
引言
逆转录转座子是可移动的遗传元件，占真核生物RNA的很大比例，它们通过RNA中间体复制，然后逆转录成DNA并整合到基因组中。其中，长散布核元件（LINEs）和短散布核元件（SINEs）是高度丰富的非LTR逆转录转座子，对基因组结构和进化有显著影响[1]、[2]。值得注意的是，转座子活动失调与多种脑部疾病相关，包括神经退行性疾病[3]、[4]、[5]、[6]。
LINEs通过插入和基因组重排促进基因组进化，从而引发突变和新基因的出现[1]。在哺乳动物神经发生过程中，LINE-1（L1）元件非常活跃[7]、[8]，它们可以在人类和小鼠基因组中被分类为不同的家族[9]、[10]。在小鼠基因组中[11]，L1 5’UTR区域的A、Gf和Tf元件是最具转录活性的元件[9]。在分子水平上，L1元件编码两种蛋白质：ORF1产生具有核酸伴侣功能的RNA结合蛋白，ORF2编码逆转录转座过程所需的内切酶和逆转录酶[12]。
SINEs是非编码的转座元件，其移动依赖于LINEs编码的蛋白质[13]、[14]。尽管缺乏蛋白质编码能力，SINEs在高等真核生物的基因组中仍然非常丰富，并对基因组进化有重要贡献[2]。
脊椎动物中的主要SINE家族包括特别丰富的Alu家族，以及与人类Alu元件功能相似的啮齿动物中的B1和B2家族[14]。与LINEs类似，SINEs也被认为与神经网络的发展和功能有关[15]，其失调与神经退行性过程相关[16]。
亨廷顿病（HD）是一种进行性神经退行性疾病，由亨廷顿蛋白（HTT）基因中的CAG三核苷酸重复扩展引起，其特征是运动功能障碍、认知衰退和精神障碍[17]。虽然CAG重复扩展是疾病发生的主要驱动因素，但越来越多的证据表明，表观遗传失调和基因组不稳定在疾病的发生和发展中起着关键作用[18]、[19]。在这方面，有证据表明小鼠和人类HD脑组织中LINEs的表达与CAG重复长度之间存在相关性 [20]、[21]，这表明异常的转座子活动可能促进神经退行性过程，从而可能成为新的治疗靶点 [22]。
在这项研究中，我们研究了两种广泛使用的HD小鼠模型（R6/2转基因模型和杂合zQ175敲入模型）中LINEs和SINEs的表达。R6/2转基因小鼠过表达携带超过150个CAG重复序列的人类HTT基因的外显子1[23]。该模型表现出快速且严重的疾病进程，可以清晰区分不同的疾病阶段，包括无症状期（最多4周龄）和完全症状期（9至11周龄）[23]、[24]、[25]。在zQ175敲入模型中，小鼠的Htt外显子1被替换为含有约190个CAG重复序列的人类HTT外显子1[26]。尽管该模型的疾病进展比R6/2小鼠慢，但仍可以区分不同的阶段，从无症状期（最多20周龄）到约25-26周龄开始出现症状期[27]。
我们测试了逆转录转座子失调是否与HD小鼠大脑的疾病进展速度和区域脆弱性相关的假设。我们还通过检测ORF1p和ORF2p的表达，研究了LINE元件的转录变化是否转化为相应的蛋白质水平变化。我们的发现支持这些转座子表达的早期和进行性改变，并揭示了不同脑区和疾病阶段中LINE转录本丰度与蛋白质水平之间的频繁分离，这支持了它们在HD发病机制中的潜在作用。
章节片段
动物模型
所有实验程序均获得了IRCCS Neuromed动物护理审查委员会和“Istituto Superiore di Sanità”（ISS）的批准（许可编号：433/2021-PR和548/2022-PR），并按照2010/63/EU指令进行动物实验。
R6/2转基因小鼠品系（品系名称：B6CBA-tgN (HDexon1) 62Gpb/1）的繁殖对[具有约160 ± 10个CAG重复序列]和杂合zQ175敲入小鼠[品系名称：B6J.129S1-Htttm1Mfc/190JChdi]（CAG198）[26]被用于实验
症状性R6/2和zQ175 HD小鼠大脑中转座子的表达发生改变
为了更好地了解HD临床前模型中逆转录转座子的转录活性，我们评估了症状性R6/2和zQ175 HD小鼠不同脑区中选定的LINE和SINE元件的表达情况，并与它们的野生型同窝小鼠进行了比较。
对R6/2小鼠纹状体组织的qPCR分析显示，L1 5’UTR A基因的表达显著增加（图1A），Orf1基因的表达也增加（图1D），而SINE B1基因的表达减少（图1F）。未检测到其他显著变化
讨论
在这项研究中，我们提供了关于两种不同HD小鼠模型中LINEs和SINEs作用的新见解。
我们的发现揭示了逆转录转座子失调的复杂时空模式，表明转座子表达的变化具有区域特异性，并在R6/2和zQ175小鼠的不同疾病阶段动态演变。
这些结果与新兴的观点一致，即逆转录转座子的失调可能对疾病发生有贡献
CRediT作者贡献声明
帕梅拉·斯卡塞利（Pamela Scarselli）：撰写 – 审稿与编辑，研究。伊莱尼亚·科莱塔（Ilenia Coletta）：撰写 – 审稿与编辑，研究。阿尔巴·迪·帕尔多（Alba Di Pardo）：撰写 – 审稿与编辑。玛丽安娜·斯托尔托（Marianna Storto）：撰写 – 审稿与编辑。维托里奥·马格里奥内（Vittorio Maglione）：撰写 – 审稿与编辑，撰写原始草稿，资金获取，概念构思。朱塞佩·佩佩（Giuseppe Pepe）：撰写 – 审稿与编辑，撰写原始草稿，研究。保罗·罗萨（Paolo Rosa）：撰写 – 审稿与编辑。卢多维卡·皮扎蒂（Ludovica Pizzati）：撰写 – 审稿与编辑
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：通讯作者维托里奥·马格里奥内（Vittorio Maglione）是该期刊的副主编。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
这项工作得到了卫生部（Ricerca Corrente）对VM的资助，以及Telethon基金GMR24T2035对VM的资助，并得到了Neuromed基金会的支持。
利益冲突
维托里奥·马格里奥内（Vittorio Maglione）是Behavioral Brain Research的副主编。所有其他作者均声明没有利益冲突
