Μεταγραφική δυσρύθμιση στον εγκεφαλικό φλοιό στη διαταραχή του φάσματος του αυτισμού

Μεταγραφική δυσρύθμιση στον εγκεφαλικό φλοιό στη διαταραχή του φάσματος του αυτισμού

Μια πρόσφατη μελέτη στο Φύση κατέδειξε μεταγραφική δυσρύθμιση στον εγκεφαλικό φλοιό σε διαταραχές του φάσματος του αυτισμού (ΔΑΦ).

Lernen: Bei ASS tritt eine breite Transkriptom-Dysregulation über die Großhirnrinde auf. Bildnachweis: Ukrolenochka/Shutterstock

φόντο

Οι παράγοντες κινδύνου για ΔΑΦ περιλαμβάνουν ένα σημαντικό γενετικό στοιχείο, με εκατοντάδες γονίδια κινδύνου που εμπλέκονται. Οι μελέτες μοριακού προφίλ έχουν παρατηρήσει σταθερά επιγενετικά και μεταγραφικά μοτίβα απορρύθμισης κατά μήκος του κροταφικού και μετωπιαίου φλοιού στις περισσότερες περιπτώσεις ΔΑΦ. Αυτά περιλαμβάνουν τη ρύθμιση προς τα πάνω των αστροκυττάρων, των νευρικών και των μικρογλοιακών γονιδίων, τη μείωση της ρύθμισης των συναπτικών γονιδίων και την εξασθένηση των διαβαθμίσεων έκφρασης των γονιδίων του φλοιού. Το εάν αυτά αντιπροσωπεύουν εστιακή, περιφερειακή ή γενικευμένη μοριακή παθολογία παραμένει άγνωστο.

Η μελέτη και τα αποτελέσματα

Η παρούσα μελέτη πραγματοποίησε προσδιορισμό αλληλουχίας RNA (RNA-seq) 725 δειγμάτων εγκεφάλου σε 11 περιοχές του φλοιού από δείγματα αυτοψίας από 49 άτομα με ΔΑΦ και 54 νευροτυπικά άτομα (μάρτυρες). Περίπου 4.223 γονίδια και 9.474 μεταγραφές εκφράστηκαν διαφορικά στον φλοιό. Τα σήματα διαφορικής έκφρασης ήταν πιο καθαρά και είχαν μεγαλύτερη επίδραση στα μεταγραφήματα παρά στα γονίδια.

Η περιφερειακή συνέπεια αυτών των μοτίβων αξιολογήθηκε με υπολογισμό της διαφορικής έκφρασης σε κάθε περιοχή του φλοιού ξεχωριστά. Οι περιφερειακές αλλαγές μεγέθους επίδρασης συγκρίθηκαν με την αντίστοιχη υπογραφή ολόκληρου του φλοιού. Οι μεταγραφικές υπογραφές της ASD ήταν συνεπείς στις 11 περιοχές του φλοιού, παρά τη σημαντική διαφοροποίηση στον αριθμό των διαφορικά εκφραζόμενων γονιδίων (DEGs) λόγω διαφορών στο μέγεθος του δείγματος.

Το υψηλότερο σήμα καταγράφηκε στον πρωτογενή οπτικό φλοιό (περιοχή Brodmann 17, BA17) σε περισσότερες από 3200 μοίρες. Επιπλέον, οι αλλαγές στο μέγεθος του αποτελέσματος ήταν πιο σημαντικές στο BA17 σε σύγκριση με το σήμα ολόκληρου του φλοιού. Επιπλέον, οι συγγραφείς αξιολόγησαν τη διαφορική έκφραση των γονιδίων και των μεταγραφών σε 83 δείγματα παγκορτοειδών από εννέα άτομα με σύνδρομο διπλασιασμού του μητρικού χρωμοσώματος 15q11.2-13.1 (σύνδρομο dup15q), μια σπάνια γενετική διαταραχή και μια από τις πιο κοινές μορφές συνδρομικής ΔΑΦ.

Οι μεταγραφικές αλλαγές μεταξύ της ιδιοπαθούς ΔΑΦ και του dup15q επικαλύπτονταν σημαντικά και το dup15q έδειξε σημαντικά αυξημένη απορρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης συνολικά. Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι η μοριακή παθολογία της ιδιοπαθούς ΔΑΦ και του συνδρόμου dup15q ήταν ευρέως διαδεδομένη σε διαφορετικές περιοχές του φλοιού.

Επιπλέον, οι συγγραφείς διαπίστωσαν ότι τα τυπικά μοτίβα μεταγραφής που διακρίνουν τις περιοχές του φλοιού ήταν σημαντικά εξασθενημένα στη ΔΑΦ, με ορισμένες οπίσθιες περιοχές (BA17 και B39/40) να παρουσιάζουν ισχυρά πρότυπα εξασθένησης. Στη συνέχεια, οι ερευνητές κατηγοριοποίησαν τα γονίδια σε όλα τα δείγματα σε ενότητες (συστάδες με υψηλά επίπεδα συνέκφρασης) χρησιμοποιώντας σταθμισμένη ανάλυση δικτύου συσχέτισης γονιδίων και εντόπισαν 35 μονάδες συνέκφρασης γονιδίων.

Ηλεκτρονικό βιβλίο Ανοσολογίας

Συγκέντρωση των κορυφαίων συνεντεύξεων, άρθρων και ειδήσεων του περασμένου έτους. Κατεβάστε ένα δωρεάν αντίγραφο

Δεκαπέντε και εννέα ενότητες ρυθμίστηκαν προς τα πάνω και προς τα κάτω στο ASD, αντίστοιχα. Αυτή η ανάλυση επαναλήφθηκε για ποσοτικοποιήσεις σε επίπεδο μεταγραφής και ταυτοποιήθηκαν 61 ενότητες μεταγραφής. Από αυτά, εννέα και πέντε ρυθμίστηκαν προς τα πάνω και προς τα κάτω στη ΔΑΦ.

Συνολικά, 38 μονάδες υπορυθμίστηκαν ή ρυθμίστηκαν προς τα πάνω σε τουλάχιστον μία περιοχή του φλοιού στη ΔΑΦ. Δεκαοκτώ μονάδες γονιδίου/μεταγραφής έδειξαν συνεπή απορρύθμιση έκφρασης σε όλο τον φλοιό. Από αυτές, οι μονάδες IsoformM37 και GeneM5 έδειξαν σημαντικό εμπλουτισμό για κοινές γενετικές παραλλαγές που σχετίζονται με ΔΑΦ. Η μονάδα GeneM5, που ρυθμίστηκε προς τα κάτω σε ASD, εμπλουτίστηκε σημαντικά σε γονίδια που φιλοξενούν σπάνιες de novo μεταλλάξεις πρωτεΐνες που διαταράσσουν την ASD.

Αντίθετα, η μονάδα IsoformM37, η οποία ρυθμίζεται προς τα πάνω σε ASD, εμπλουτίστηκε για κοινές παραλλαγές γενετικού κινδύνου για ASD και περιείχε γονίδια που εμπλέκονται στην αναδίπλωση πρωτεϊνών και στις πρωτεΐνες θερμικού σοκ. Επιπλέον, υπήρχαν 13 ενότητες με περιφερειακά διαφορετικά μοτίβα απορρύθμισης στη ΔΑΦ. Ωστόσο, κανένα από αυτά δεν εμπλουτίστηκε με γνωστές παραλλαγές κινδύνου γονιδίου ASD.

Έξι από αυτές τις μονάδες υπορυθμίστηκαν στη ΔΑΦ, ενώ ήταν πιο εκφρασμένες στις οπίσθιες περιοχές του φλοιού παρά στις μετωπιαίες περιοχές σε νευροτυπικά άτομα. Τέσσερις ενότητες με περισσότερη έκφραση στις πρόσθιες περιοχές από τις οπίσθιες περιοχές σε νευροτυπικά άτομα ρυθμίστηκαν προς τα πάνω σε όλο τον φλοιό στη ΔΑΦ, εξασθενώντας το πρότυπο.

Ένα μοναδικό πυρηνικό RNA-seq (snRNA-seq) πραγματοποιήθηκε σε ορισμένα άτομα για να εξεταστεί ο βαθμός στον οποίο οι αλλαγές στη γονιδιακή έκφραση αντικατοπτρίζουν αλλαγές στην κυτταρική αναλογία σε ASD. Οι ερευνητές ανέλυσαν την αλληλουχία πάνω από 250.000 κυτταρικούς πυρήνες από έξι άτομα με ΔΑΦ και έξι ταιριαστούς ελέγχους και αναγνώρισαν 26 διαφορετικές κυτταρικές ομάδες.

Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε αποσυνέλιξη τύπου κυττάρου (CTD) χρησιμοποιώντας δεδομένα προφίλ χρονικής και μετωπικής χύδην μεθυλίωσης από αναλύσεις μεθυλώματος ενός κυττάρου. Οι αναλύσεις CTD έδειξαν ονομαστικές αυξήσεις και μειώσεις στα μικρογλοία του προμετωπιαίου φλοιού (PFC) και στα ολιγοδενδροκύτταρα του κροταφικού λοβού, αντίστοιχα, στη ΔΑΦ. Ωστόσο, αυτές οι μετατοπίσεις στις αναλογίες των κυττάρων δεν διατηρήθηκαν μετά τη διόρθωση του ρυθμού ψευδούς ανακάλυψης (FDR).

Τέλος, οι συγγραφείς εξέτασαν ειδικές για τον κυτταρικό τύπο υπογραφές DEG σε ASD σε ινιακούς, βρεγματικούς και κροταφικούς λοβούς. Οι τύποι των ινιακών και βρεγματικών κυττάρων έδειξαν τρεις έως τέσσερις φορές περισσότερα DEG από τα PFC. Τα περισσότερα σήματα DEG προέρχονταν από διεγερτικούς νευρώνες, με αυτά από τον ινιακό λοβό να δείχνουν το υψηλότερο σήμα DEG.

συμπεράσματα

Συμπερασματικά, οι ερευνητές εντόπισαν αλλαγές έκφρασης γονιδίων και μεταγραφών σε όλο τον φλοιό που επηρεάζουν πολλούς τύπους νευρικών κυττάρων και βιολογικές διεργασίες στη ΔΑΦ. Πιο αξιοσημείωτες ήταν οι αλλαγές που παρατηρήθηκαν στη ΔΑΦ στον πρωτοπαθή οπτικό φλοιό (BA17).

Τα προς τα κάτω ρυθμισμένα γονίδια της οδού νευρωνικής ενέργειας και τα γονίδια αντιδραστικής μικρογλοίας και ανοσολογικής απόκρισης προς τα πάνω επηρεάστηκαν σε όλο τον φλοιό στη ΔΑΦ και επίσης παρουσίασαν τοπικές διαβαθμίσεις. Συνολικά, αυτά τα αποτελέσματα τόνισαν τις μοριακές αλλαγές στον φλοιό στη ΔΑΦ που υπερβαίνουν τις προηγουμένως καθιερωμένες λειτουργικές κατηγορίες ανοσολογικών/γλοιακών και υπορυθμιζόμενων νευρώνων.

Αναφορά:

• Gandal MJ, Haney JR, Wamsley B, et al. (2022). Bei ASS tritt eine breite Transkriptom-Dysregulation über die Großhirnrinde auf. Natur. doi: 10.1038/s41586-022-05377-7 https://www.nature.com/articles/s41586-022-05377-7

.