Transkriptomska disregulacija u cerebralnom korteksu kod poremećaja autističnog spektra

Transkriptomska disregulacija u cerebralnom korteksu kod poremećaja autističnog spektra

Nedavna studija u Priroda pokazali su transkriptomsku disregulaciju u cerebralnom korteksu kod poremećaja iz autističnog spektra (ASD).

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

pozadina

Čimbenici rizika za ASD uključuju značajnu genetsku komponentu, sa stotinama uključenih gena rizika. Studije molekularnog profiliranja uočile su konzistentne epigenetske i transkriptomske obrasce disregulacije duž temporalnog i frontalnog korteksa u većini slučajeva ASD-a. To uključuje pojačanu regulaciju astrocitnih, živčanih i mikroglijalnih gena, smanjenu regulaciju sinaptičkih gena i slabljenje gradijenata ekspresije kortikalnih gena. Predstavljaju li oni žarišnu, regionalnu ili generaliziranu molekularnu patologiju ostaje nepoznato.

Studija i rezultati

U ovoj studiji provedeno je RNA sekvenciranje (RNA-seq) 725 uzoraka mozga u 11 kortikalnih područja iz uzoraka autopsije 49 osoba s ASD-om i 54 neurotipična subjekta (kontrole). Otprilike 4223 gena i 9474 transkripata različito su izraženi u korteksu. Signali diferencijalne ekspresije bili su jasniji i imali su veći učinak u transkriptima nego u genima.

Regionalna dosljednost ovih obrazaca procijenjena je izračunavanjem diferencijalne ekspresije u svakoj kortikalnoj regiji zasebno. Promjene veličine regionalnog učinka uspoređene su s odgovarajućim potpisom cijelog korteksa. Transkriptomski potpisi ASD-a bili su dosljedni u 11 kortikalnih područja, unatoč značajnoj varijaciji u broju različito izraženih gena (DEG) zbog razlika u veličini uzorka.

Najviši signal zabilježen je u primarnom vidnom korteksu (Brodmannovo područje 17, BA17) na više od 3200°. Nadalje, promjene u veličini učinka bile su značajnije na BA17 u usporedbi s cijelim signalom korteksa. Osim toga, autori su procijenili diferencijalnu ekspresiju gena i transkripata u 83 uzorka pankorteksa od devet osoba sa sindromom duplikacije majčinog kromosoma 15q11.2-13.1 (dup15q sindrom), rijetkim genetskim poremećajem i jednim od najčešćih oblika sindromskog ASD-a.

Transkriptomske promjene između idiopatskog ASD-a i dup15q značajno su se preklapale, a dup15q je pokazao značajno povećanu sveukupnu disregulaciju ekspresije gena. Ovi rezultati sugeriraju da je molekularna patologija idiopatskog ASD-a i dup15q sindroma bila raširena u različitim kortikalnim područjima.

Nadalje, autori su otkrili da su tipični obrasci transkripcije koji razlikuju kortikalne regije značajno oslabljeni kod ASD-a, s nekim posteriornim područjima (BA17 i B39/40) koji pokazuju jake obrasce slabljenja. Zatim su istraživači kategorizirali gene u svim uzorcima u module (klastere s visokim razinama ko-ekspresije) korištenjem ponderirane analize korelacijske mreže gena i identificirali 35 modula ko-ekspresije gena.

E-knjiga o imunologiji

Kompilacija najboljih intervjua, članaka i vijesti iz prošle godine. Preuzmite besplatnu kopiju

Petnaest odnosno devet modula bilo je regulirano prema gore i dolje u ASD-u. Ova analiza je ponovljena za kvantifikacije na razini transkripta i identificiran je 61 modul transkripta. Od njih je devet i pet bilo regulirano prema gore i premalo u ASD-u.

Ukupno je 38 modula bilo regulirano naniže ili naviše u barem jednoj kortikalnoj regiji kod ASD-a. Osamnaest modula gena/transkripta pokazalo je dosljednu disregulaciju ekspresije u korteksu; od njih su IsoformM37 i GeneM5 moduli pokazali značajno obogaćivanje za uobičajene genetske varijacije povezane s ASD-om. Modul GeneM5, reguliran prema dolje u ASD-u, značajno je obogaćen genima koji nose proteine ​​koji ometaju rijetke de novo mutacije povezane s ASD-om.

Nasuprot tome, modul IsoformM37, koji je pojačano reguliran kod ASD-a, obogaćen je za uobičajene varijante genetskog rizika za ASD i sadržavao je gene uključene u savijanje proteina i proteine ​​toplinskog šoka. Uz to, bilo je 13 modula s regionalno različitim obrascima disregulacije kod ASD-a. Međutim, nijedan od njih nije obogaćen poznatim varijantama rizika gena za ASD.

Šest od ovih modula bilo je smanjeno u ASD-u, dok su bili jače izraženi u stražnjim kortikalnim područjima nego u frontalnim regijama kod neurotipičnih subjekata. Četiri modula s većom ekspresijom u prednjim regijama nego u stražnjim regijama kod neurotipičnih subjekata bila su regulirana prema gore u korteksu kod ASD-a, prigušujući uzorak.

Jedna jezgra RNA-seq (snRNA-seq) provedena je kod nekih ispitanika kako bi se ispitalo u kojoj mjeri promjene u ekspresiji gena odražavaju promjene u staničnom udjelu kod ASD-a. Istraživači su sekvencirali više od 250.000 staničnih jezgri od šest osoba s ASD-om i šest podudarnih kontrolnih skupina te identificirali 26 različitih staničnih klastera.

Osim toga, dekonvolucija tipa stanice (CTD) provedena je pomoću podataka o profiliranju temporalne i frontalne skupne metilacije iz analiza jednostaničnog metiloma. CTD analize su pokazale nominalno povećanje i smanjenje mikroglije prefrontalnog korteksa (PFC) i oligodendrocita temporalnog režnja, redom, kod ASD-a; unatoč tome, ti pomaci u omjerima stanica nisu održani nakon korekcije stope lažnog otkrivanja (FDR).

Naposljetku, autori su ispitali DEG potpise specifične za stanični tip kod ASD-a u okcipitalnom, parijetalnom i temporalnom režnju. Tipovi okcipitalnih i parijetalnih stanica pokazali su tri do četiri puta više DEG nego PFC. Većina DEG signala dolazi od ekscitatornih neurona, a oni iz okcipitalnog režnja pokazuju najviši DEG signal.

Zaključci

Zaključno, istraživači su identificirali promjene ekspresije gena i transkripta u korteksu koje utječu na više tipova živčanih stanica i biološke procese kod ASD-a. Najznačajnije su bile promjene uočene kod ASD-a u primarnom vidnom korteksu (BA17).

Geni neuronskog energetskog puta s niskom regulacijom i regulirani reaktivni mikroglijalni geni i geni za imunološki odgovor bili su zahvaćeni u cijelom korteksu kod ASD-a i također su pokazali regionalne gradijente. Sveukupno, ovi su rezultati istaknuli molekularne promjene u korteksu kod ASD-a koje nadilaze prethodno utvrđene funkcionalne kategorije pojačanog imunološkog/glijalnog i smanjeno reguliranog neurona.

Referenca:

• 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

.