一项来自于美国圣迭戈Sanford Burnham Prebys医学研究所（SBP）的研究成果于2018年刊登在《自然》杂志上，该研究广泛使用了靶向测序的SMRT测序数据和一些之前发布的全长RNA测序数据，首次确定了大脑神经元中的基因重组现象。

研究者把目光聚焦到与阿尔兹海默症（Alzheimer's disease，AD）相关的APP基因，该基因编码神经元中淀粉样前体蛋白（其经蛋白酶裂解后会产生具有毒性作用的β- 淀粉样蛋白）。当分析来自AD患者大脑的神经元时，研究者检测到了完整的APP基因，并且发现几个已知与AD有关APP基因的突变体。不过奇怪的是，他们发现了更多的预料之外的突变体。这些基因和以前报道过的变体都不同，很多都表现出中部外显子丢失和两端外显子连接，其中很常见的一类是3号外显子和16号外显子的连接（R3/16），研究者把这些现象叫做intra-exonic junctions（IEJs)，变体叫做gencDNA。这种基因重组现象在体细胞中常见，但从未在大脑中发现。

APP基因变异导致转录本的多样性

过去试图在APP中寻找基因重组的研究都失败了，因为使用低深度、短读长、能捕捉APP基因到结构变异的单细胞测序方法往往受限于分辨率会产生阴性结果。本研究中作者采用多重PCR扩增APP基因，利用SMRT CCS测序来评估gencDNA序列的多样性，样本来自5个AD患者(共96,434个细胞核，测149个反应)和5个健康个体(共162,248个细胞核，测244个反应)的大脑神经细胞，在PacBio平台生成的CCS数据准确度高达99.999999%，作者声称“这些SMRT测序结果在保真度上可与Sanger测序相媲美”。这种高准确度的长读长测序数据给作者评估基因重组带来很大的信心。

经分析，在AD个体大脑神经细胞基因组中发现了APP基因45种不同的IEJs和6299个独特的序列；在正常个体大脑神经细胞基因组中发现了APP基因20种不同的IEJs和1084个独特的序列。从结果上看，来自AD患者的APP gencDNA不单单是数量上有近六倍的碾压，其中还有11种已经被证实与AD的家族性发病有关。作者认为这种测序方法能很好地识别AD和正常个体大脑中的gencDNA序列性质和数目上的差异，而这些变化在非神经元细胞中是不存在的，给他们的研究带来极大的价值。

SMRT测序显示AD和正常个体大脑神经元APP基因的gencDNAs类型

那这些gencDNA是怎么来的呢？从结构上看，这些gencDNA的缺乏内含子，并且存在细胞特异性的亚型，很像经过可变剪接的mRNA。研究者猜测这些gencDNA就是从RNA来的，经过逆转录才成了今天的样子。经过实验，研究者确定了两个gencDNA产生的必要条件：一是内源性逆转录酶的活性，二是过氧化氢导致的DNA链断裂。考虑到逆转录过程实际上很“粗糙”，研究者认为正是逆转录导致了更多不同genDNAs。

 由于基因组cDNA中需要逆转录酶，科学家们还推测，现有的用于艾滋病患者的抗逆转录病毒疗法可能能抑制AD的发展。他们指出，65岁以上的HIV患者如果接受这种治疗，患上阿尔茨海默氏症的可能性就会降低。这一猜测如果得到证实，则可以用FDA批准的治疗HIV的“联合抗逆转录病毒疗法”治疗AD患者。

相关文献：

Lee, Ming-Hsiang, et al. "Somatic APP gene recombination in Alzheimer’s disease and normal neurons." Nature 563.7733 (2018): 639-645.