中研院表示,莊樹諄所率領的大數據分析與神經科學實驗室團隊,對自閉症基因分析大進展。 (圖/本報資料照)

自閉症譜系障礙(autism spectrum disorder,簡稱ASD)是一種腦部發育障礙所導致的複雜疾病,患者往往在社交溝通、互動及表達上有障礙,成因目前仍未有定論,普遍認為與遺傳及基因變異有關。中央研究院基因體研究中心研究員莊樹諄研究團隊,首次系統性建構環狀RNA(circular RNA)在自閉症腦部的基因調控網路圖譜,有助於增進對自閉症致病分子機制的理解。

該篇論文已於今年3月刊登在《基因體研究》(Genome Research)。

環狀RNA是一種單鏈封閉式環型結構,且特別高度表現在神經系統。莊樹諄研究團隊利用大數據分析找到在自閉症患者大腦皮質中表現量異常的環狀RNA,並預測其調控路徑,結合分子生物實驗後證實:環狀RNA像海綿一樣吸附特定的微RNA(miRNA),使其失去或降低對下游自閉症風險基因調控的能力。有關環狀RNA、微RNA、與下游基因在自閉症腦部的調控網路關係,過去並未被有系統地探討。

莊樹諄所率領的大數據分析與神經科學實驗室團隊,透過先前開發的環狀RNA偵測軟體(NCLscan),設計大數據分析流程。從超過200個樣本的轉錄體定序(RNA-seq)資料,找到60個在自閉症患者大腦皮質中表現異常的環狀RNA;經統計模型分析顯示,根據此60個環狀RNA的表現情形,能有效區別自閉症與非自閉症樣本,因此可判定這些環狀RNA與自閉症的發生應有關連 。

為此,團隊進一步預測這些環狀RNA的下游調控路徑,建構出8,170個環狀RNA、微RNA、信使RNA(mRNA)間的交互調控網路 ,接著再透過基因富集分析,發現這些網路所調控的下游目標基因,顯著集中在已知的自閉症風險基因。

莊樹諄說明,這個研究除設計大數據分析流程來建構環狀RNA的調控網路關係,也結合分生實驗驗證。團隊挑選一個在自閉症患者腦部表現量明顯上升的環狀RNA(命名為circARID1A),於人類神經細胞實驗驗證後發現, circARID1A確實可藉由調控微RNA(miR-204-3p),影響下游多個自閉症風險基因的表達 。

莊樹諄團隊不僅建構環狀RNA的調控網路,論文封面也讓人好奇,只見一個孩子孤獨地待在自己的星球上,寂寞地望著地球。莊樹諄解釋,此圖片設計靈感來自於以自閉症為主題的紀錄片《遙遠星球的孩子》,環繞在星球外圍的光環即環狀RNA,像海綿一樣吸附軌道上的小行星,「像上帝畫的圈圈」,讓自閉症孩子只能待在自己的星球上,難以融入地球常軌。由於自閉症發生原因不明,該文揭開環狀RNA在自閉症腦組織的調控關係,可用以探究自閉症的致病分子機制,對於未來診斷、追蹤及治療提供新的思考方向。研究團隊結合資訊、統計、分生、演化等知識背景 ,所設計的大數據分析與分生實驗流程,將來也可應用於與環狀RNA調控相關之其他神經疾病上,如:阿茲海默症、帕金森氏症、思覺失調症等。