Transzkriptomikus diszreguláció az agykéregben az autizmus spektrumzavarban

Transzkriptomikus diszreguláció az agykéregben az autizmus spektrumzavarban

Egy friss tanulmány a Természet Az autizmus spektrum zavaraiban (ASD) kimutatták az agykéregben a transzkriptomikus diszregulációt.

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

háttér

Az ASD kockázati tényezői közé tartozik egy jelentős genetikai összetevő, amely több száz kockázati gént érint. A molekuláris profilalkotási vizsgálatok következetes epigenetikai és transzkriptomikus diszregulációs mintákat figyeltek meg a temporális és frontális kéreg mentén a legtöbb ASD-esetben. Ezek közé tartozik az asztrocita, az ideg és a mikroglia gének felszabályozása, a szinaptikus gének leszabályozása és a kérgi génexpressziós gradiensek gyengülése. Az, hogy ezek fokális, regionális vagy generalizált molekuláris patológiát képviselnek, továbbra sem ismert.

A tanulmány és az eredmények

A jelen tanulmány 725 agyminta RNS-szekvenálását (RNA-seq) végezte el 11 kérgi területen 49 ASD-s egyén és 54 neurotipikus alany (kontroll) boncolási mintáiból. Körülbelül 4223 gén és 9474 transzkriptum expresszálódott eltérően a kéregben. A differenciális expressziós jelek tisztábbak voltak, és nagyobb hatást gyakoroltak a transzkriptumokra, mint a génekre.

Ezeknek a mintáknak a regionális konzisztenciáját úgy értékeltük, hogy az egyes kérgi régiókban külön-külön számítottuk a differenciális expressziót. A regionális hatásméret-változásokat összehasonlítottuk a teljes kéreg megfelelő aláírásával. Az ASD transzkriptomikus aláírások konzisztensek voltak a 11 kérgi területen, annak ellenére, hogy a mintaméret különbségei miatt jelentős eltérések mutatkoztak a differenciálisan expresszált gének (DEG) számában.

A legmagasabb jelet az elsődleges látókéregben (Brodmann 17-es terület, BA17) rögzítettük több mint 3200°C-on. Ezenkívül a hatás méretének változása szignifikánsabb volt a BA17-nél a teljes kéregjelhez képest. Ezenkívül a szerzők értékelték a gének és a transzkriptumok eltérő expresszióját 83 pancortex mintában, amelyek kilenc, 15q11.2-13.1-es anyai kromoszóma duplikációs szindrómában (dup15q szindrómában) szenvedő egyedben szenvedtek, amely ritka genetikai rendellenesség és a szindrómás ASD egyik leggyakoribb formája.

Az idiopátiás ASD és a dup15q közötti transzkriptomikus változások szignifikánsan átfedték egymást, és a dup15q összességében szignifikánsan megnövekedett génexpressziós diszregulációt mutatott. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy az idiopátiás ASD és a dup15q szindróma molekuláris patológiája széles körben elterjedt a különböző kérgi területeken.

Ezenkívül a szerzők azt találták, hogy a kérgi régiókat megkülönböztető tipikus transzkripciós minták jelentősen gyengültek ASD-ben, néhány hátsó terület (BA17 és B39/40) pedig erős csillapítási mintákat mutat. Ezt követően a kutatók az összes mintában lévő géneket modulokba (magas koexpressziós szintű klaszterekbe) sorolták súlyozott génkorrelációs hálózatelemzés segítségével, és 35 gén-ko-expressziós modult azonosítottak.

Immunológia e-könyv

Összeállítás az elmúlt év legjobb interjúiból, cikkeiről és híreiről. Tölts le egy ingyenes példányt

Az ASD-ben tizenöt, illetve kilenc modult szabályoztak felfelé, illetve lefelé. Ezt az elemzést megismételtük az átirat-szintű kvantifikálásokhoz, és 61 átírási modult azonosítottunk. Ezek közül kilenc és öt volt fel- és leszabályozott az ASD-ben.

Összesen 38 modult csökkentettek vagy felfelé szabályoztak legalább egy kortikális régióban az ASD-ben. Tizennyolc gén/transzkript modul konzisztens kéregszintű expressziós diszregulációt mutatott; ezek közül az IsoformM37 és GeneM5 modulok jelentős feldúsulást mutattak az ASD-vel kapcsolatos általános genetikai variációkban. Az ASD-ben leszabályozott GeneM5 modul jelentősen feldúsult az ASD-hez kapcsolódó ritka de novo mutációt megzavaró fehérjéket tartalmazó génekben.

Ezzel szemben az IsoformM37 modul, amely az ASD-ben fokozottan szabályozott, az ASD általános genetikai kockázati változataival gazdagodott, és fehérjehajtogatásban és hősokk-fehérjékben részt vevő géneket tartalmazott. Ezenkívül 13 modul volt regionálisan eltérő diszregulációs mintákkal az ASD-ben. Ezek közül azonban egyiket sem dúsították ismert ASD génkockázati variánsokkal.

E modulok közül hat az ASD-ben alulszabályozott volt, míg neurotipikus alanyoknál erősebben expresszálódnak a hátsó kérgi területeken, mint a frontális régiókban. A neurotipikus alanyok elülső régióiban nagyobb expressziójú modult, mint a hátsó régiókat, az agykéreg egészére felfelé szabályozták az ASD-ben, gyengítve a mintát.

Egyes nukleáris RNS-szekvenciát (snRNS-seq) végeztek egyes alanyoknál annak vizsgálatára, hogy a génexpresszió változásai milyen mértékben tükrözik a sejtarány változásait az ASD-ben. A kutatók több mint 250 000 sejtmagot szekvenáltak hat ASD-s betegtől és hat egyező kontrolltól, és 26 különböző sejtcsoportot azonosítottak.

Ezenkívül a sejttípus-dekonvolúciót (CTD) egysejtű metilóma-analízisekből származó időbeli és frontális tömeges metilációs profilozási adatok felhasználásával végeztük. A CTD analízis a prefrontális kéreg (PFC) mikroglia és temporális lebeny oligodendrocitáiban nominális növekedést és csökkenést mutatott ASD-ben; mindazonáltal ezek az eltolódások a sejtarányokban nem maradtak fenn a hamis felfedezési arány (FDR) korrekciója után.

Végül a szerzők megvizsgálták a sejttípus-specifikus DEG aláírásokat ASD-ben az occipitalis, a parietális és a halántéklebenyben. Az occipitalis és parietális sejttípusok három-négyszer több DEG-t mutattak, mint a PFC. A legtöbb DEG jel a serkentő neuronokból érkezett, az occipitalis lebenyből származók mutatták a legmagasabb DEG jelet.

Következtetések

Összefoglalva, a kutatók azonosították a gén- és transzkriptum-expressziós változásokat a kéregben, amelyek több idegsejttípust és biológiai folyamatokat érintenek az ASD-ben. A legfigyelemreméltóbbak az ASD-ben megfigyelt változások az elsődleges látókéregben (BA17).

A leszabályozott neuronális energiaút gének, valamint a felszabályozott reaktív mikroglia és immunválasz gének az agykéregben érintettek az ASD-ben, és regionális gradienseket is mutattak. Összességében ezek az eredmények rávilágítottak az ASD-ben a kéregben bekövetkezett molekuláris változásokra, amelyek túlmutatnak a korábban megállapított, fokozottan szabályozott immun-/gliális és csökkentett neuron funkcionális kategóriákon.

Referencia:

• 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

.