早期科學家對於疾病的認知大多建構在異常的基因 (DNA) 表現導致蛋白質產物 (protein) 異常產生，進而影響蛋白質自身功能或是下游蛋白的表現，最終造成疾病的發生。但其實多年來科學家可能都忽略了中間產物 RNA 的重要性。疾病與 RNA 的關聯性在近年的發表中越顯重要，不論是 sense 或 anti-sense RNA 都扮演著舉足輕重的角色。本篇文章即利用 Bru-sequencing 以及 BruChase-sequencing 的方法更深入的利用病人（ALS 與 FTD［註］）的 fibroblast 與 iPSC 細胞，探討因 TDP-43 蛋白之異常累積所造成的 RNA 不穩定性之效應，而這樣對 RNA 穩定性 (RNA stability) 的破壞最終也會影響到蛋白質的產出導致細胞死亡，最終引發疾病。
- 註：ALS (amyotrophic lateral sclerosis) 肌萎縮性脊髓側索硬化症；
FTD (frontotemporal Dementia) 額顳葉癡呆症
多數的 ALS 病人與 FTD 病人會表現出類似的病徵，像是無法控制的動作、語言失調 [1] 等等。而過去的研究發現，在調控這類行為的腦區都可以觀察到 TDP-43 蛋白在神經細胞中的累積 [2]。除此之外，在許多 ALS 病人腦部的觀察中亦發現了 RNA 的穩定性受到破壞。不意外的，科學家們發現 TDP-43 的功能即是與 RNA splicing、RNA 運送有關 [3-5]。
為了更了解到底是 RNA 的合成或是分解的過程破壞 RNA 的恆定，本篇利用 Bru-sequencing 以及 BruChase-sequencing [6]（圖二）的方法追蹤在 6 小時內 ALS 病人的 fibroblast 與 iPSC 細胞 RNA 的改變。有趣的是，在大量表現 TDP-43 的細胞中，TDP-43 並不會直接影響到 RNA 的合成，而是經由轉錄後修飾 (post-transcriptional) 的過程干擾基因的表現；主要受到影響的基因群包含與氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation) 以及與 ribosome 相關的基因。同樣的在 ALS 與 FTD 的病人檢體中也可以觀察到此兩類組的基因表現量較低的現象。
本篇研究提供了更深入的方法去探討 RNA 的穩定性，另外也更增加了 TDP-43 異常累積造成 ALS 與 FTD 疾病的相關證據。有興趣的朋友們可以詳加閱讀！許多惱人的神經退化相關疾病，像是 ALS 與 FTD，致病原因複雜難解，並非簡單的降低突變蛋白的表現就可以舒緩疾病病程；精進的技術與想法才能對疾病的病因有更進一步的了解，因此仍需要大量研究人員的投入才能加快尋找能有效治療的方法。
圖片說明：（圖一）利用 Bru-sequencing 以及 BruChase-sequencing 的方法更深入的利用病人 (ALS 與 FTD) 的 fibroblast 與 iPSC 細胞中探討 TDP-43 異常的累積會造成 RNA 不穩定性，如此恆定性的破壞最終也會影響到蛋白質的產出導致細胞死亡，最終引起疾病。 圖片來源：作者手繪
圖片說明：（圖二）Bru-sequencing 以及 BruChase-sequencing 技術原理。利用 5-Bromouridine 因為結構與 Uridine 相似，因此可在 RNA 合成過程中被置換成 BrU，進而藉此利用 BrU 抗體分離出有被嵌入 的 RNA，轉成 cDNA 後用 Illumina sequencing 分析基因表現量；另外 BruChase-sequencing 則是增加培養時間，比較時間前後的差異追蹤 RNA 的穩定性。 圖片來源： Tank, E. M., Figueroa-Romero, C., Hinder, L. M., Bedi, K., Archbold, H. C., Li, X., … Barmada, S. J. (2018). Abnormal RNA stability in amyotrophic lateral sclerosis. Nature Communications, 9(1). doi:10.1038/s41467-018-05049-z
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撰文｜吳畇芸
審稿｜藍冠鈞
