ALS（俗称“渐冻症”）是一种会让肌肉渐渐“冻住”、人逐步不能动也不能说话的病。科学家发现，这种病和大脑里一种叫 FUS 的蛋白“犯错”有关。
研讨人员使用空间转录组学技能，制作了成年小鼠运动神经元轴突和胞体的RNA散布图谱，发现老练轴突中富集很多与蛋白质翻译相关的RNA，并经过多重单分子成像证明翻译机器的确存在于轴突中。但是，在肌萎缩侧索硬化症（ALS）相关的FUS骤变情况下，这种部分翻译被按捺，轴突特有的RNA特征（包含翻译组件）遭到损坏。其间，要害翻译因子Eif5a因缺少“亚精胺化”激活润饰而功用受损。令人振奋的是，在轴突中弥补多胺类物质亚精胺可康复Eif5a的活性，改进部分蛋白质组成并缓解神经元缺点；在ALS果蝇模型中，口服亚精胺也能减轻由骤变FUS或TDP-43引起的神经毒性。这一发现为ALS医治供给了潜在的新战略。
为了在成年小鼠中精准区别运动神经元胞体和它们的轴突并了解各自“说了哪些基因话”（即转录组），研讨人员采用了一种能结合免疫染色的空间转录组技能。他们先用NanoString的GeoMx渠道，在12月龄小鼠脊髓切片中，把胆碱乙酰转移酶阳性（运动神经元）和阴性（非运动神经元）的神经元别离圈出来，独自搜集RNA进行测序。
成果显现，两类神经元的基因表达显着不同：运动神经元富集了典型的胆碱能和运动神经元标志基因，验证了办法的准确性。接着，他们用高分辨率的单分子荧光原位杂交（smFISH）在单细胞水平确认了这些特异性转录本的存在。
为进一步取得空间方位信息，他们还用了10x Genomics的Visium空间转录组技能，发现运动神经元相关RNA的确会集在脊髓腹角，这正是运动神经元地点的方位，而非运动神经元的RNA则散布在背角和中心区域。
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最终，他们将自己取得的数据与多个已宣布的单细胞核RNA测序研讨比对，找到了63个在所有数据会集都安稳呈现的运动神经元相关基因，并额定发现了201个新候选基因。其间两个代表性基因经过试验验证，的确在运动神经元中高表达。
总归，经过多种先进的技能整合，成功制作出成年小鼠运动神经元高可信度的基因表达图谱。
为了制作12月龄成年小鼠运动神经元的无偏倚转录组图谱，研讨人员应用了先进的GeoMx数字空间剖析技能。经过特定标志物（胆碱乙酰转移酶和神经丝蛋白H）的免疫荧光染色，他们成功区别了运动轴突与非运动轴突，并对这两类进行了全转录组测序。
研讨发现，老练运动轴突中高表达的基因首要触及翻译、突触功用和核糖体相关成分。特别地，82%已知编码核糖体蛋白质的转录本被检测到。为验证这些转录本的轴突定位，使用了多重单分子荧光原位杂交结合免疫染色的办法，进一步确认了这些转录本在轴突内的存在，包含Eef2、Rpl4等与翻译相关的基因，Hnrnpa2b1归于核糖白复合体，Sparc归于突触类别，以及其他已知定坐落轴突的转录本如Cox4i1、Nefh和Nefl。
此外，研讨还对比了运动轴突和非运动轴突之间的差异表达基因，找到了在两类轴突中特异富集的基因。例如，Lao1和Sh2d2a在运动轴突中高度表达，而Duxf3和Art3则在非运动轴突中更为明显。
总的来说，该研讨提醒了成年小鼠坐骨神经中运动与非运动轴突的转录组多样性，也证明了空间转录组学办法在解析杂乱安排中的细胞特异性表达形式方面的有用性。
研讨人员在带着ALS相关FUS骤变（FUSR521H）的小鼠坐骨神经中，使用GeoMx空间转录组技能，剖析了运动轴突的RNA改动。成果发现，在疾病症状呈现前，骤变FUS就已导致轴突中特定基因表达反常：一些与蛋白质翻译相关的mRNA（如Eif5a、Eif4a1、多个核糖体蛋白基因）明显上调，而这些改动在脊髓胞体中简直不存在。
进一步检测蛋白水平发现，虽然部分翻译相关mRNA增多，但要害因子如Eif4g3蛋白反而削减，而Rpl24蛋白反常堆积，Rps3a和Rps4x则削减，阐明骤变FUS损坏了轴突中“造蛋白”体系的协调性。
这些改动仅呈现在轴突，而非胞体，标明FUS骤变会特异性打乱轴突部分的翻译调控，这可能是ALS前期神经功用妨碍的重要机制。
为验证亚精胺在轴突部分的效果，研讨人员使用微流控设备培育原代运动神经元，将胞体与轴突分离隔并仅对轴突区室施加亚精胺。
成果显现，骤变型FUS导致轴突中Eif5a的亚精胺化水平下降41%，而部分给予100或200 µM亚精胺48小时后，该润饰别离提高29%和57%，一起康复了受按捺的部分蛋白质组成，并简直彻底逆转了轴骤变短的结构缺点（长度康复至挨近正常的三倍），而胞体中的相关目标则无改动，标明效果具有轴突特异性。
为进一步探究其医治潜力，研讨团队在果蝇ALS模型中测验亚精胺：表达骤变FUS或TDP-43的果蝇羽化率极低（别离仅8%和缺乏1%），而弥补亚精胺后，羽化才能明显改进且呈剂量依赖性。
值得注意的是，该效果在FUS和TDP-43两种不同致病蛋白模型中均建立，提示亚精胺可能是一种广谱、有远景的ALS干涉战略。
该研讨发现，轴突特异性亚精胺处理可增强运动神经元中Eif5a的亚精胺化润饰，有用缓解骤变FUS引起的ALS相关病理表型。研讨不只提醒了Eif5a-hypusine通路在FUS-ALS中的要害维护效果，深化了对轴突部分翻译调控与神经退行机制的了解，还提出了一种精准靶向轴突的干涉战略，在体外和体内模型中均明显改进轴突运输妨碍和应激颗粒反常等中心病理特征。该作业验证了Eif5a亚精胺化作为潜在医治靶点的可行性，将天然多胺代谢与神经维护联系起来，为ALS及其他RNA结合蛋白相关疾病供给了新的医治思路。
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