Desregulação transcriptômica através do córtex cerebral no transtorno do espectro do autismo

Desregulação transcriptômica através do córtex cerebral no transtorno do espectro do autismo

Um estudo recente em Natureza demonstraram desregulação transcriptômica no córtex cerebral em transtornos do espectro do autismo (TEA).

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

fundo

Os fatores de risco para TEA incluem um componente genético significativo, com centenas de genes de risco envolvidos. Estudos de perfil molecular observaram padrões consistentes de desregulação epigenética e transcriptômica ao longo do córtex temporal e frontal na maioria dos casos de TEA. Estes incluem regulação positiva de genes de astrócitos, nervos e micróglias, regulação negativa de genes sinápticos e atenuação de gradientes de expressão gênica cortical. Se estes representam patologia molecular focal, regional ou generalizada, permanece desconhecido.

O estudo e resultados

O presente estudo realizou sequenciamento de RNA (RNA-seq) de 725 amostras cerebrais em 11 áreas corticais de amostras de autópsia de 49 indivíduos com TEA e 54 indivíduos neurotípicos (controles). Aproximadamente 4.223 genes e 9.474 transcritos foram expressos diferencialmente no córtex. Os sinais de expressão diferencial foram mais claros e tiveram maior efeito nos transcritos do que nos genes.

A consistência regional destes padrões foi avaliada calculando a expressão diferencial em cada região cortical separadamente. As alterações regionais no tamanho do efeito foram comparadas com a assinatura correspondente de todo o córtex. As assinaturas transcriptômicas do TEA foram consistentes nas 11 áreas corticais, apesar da variação considerável no número de genes expressos diferencialmente (DEGs) devido a diferenças no tamanho da amostra.

O sinal mais alto foi registrado no córtex visual primário (área 17 de Brodmann, BA17) a mais de 3.200°. Além disso, as mudanças no tamanho do efeito foram mais significativas no BA17 em comparação com todo o sinal do córtex. Além disso, os autores avaliaram a expressão diferencial de genes e transcritos em 83 amostras de pancórtex de nove indivíduos com síndrome de duplicação do cromossomo materno 15q11.2-13.1 (síndrome dup15q), um distúrbio genético raro e uma das formas mais comuns de TEA sindrômico.

As alterações transcriptômicas entre TEA idiopático e dup15q se sobrepuseram significativamente, e dup15q mostrou desregulação geral da expressão gênica significativamente aumentada. Estes resultados sugeriram que a patologia molecular do TEA idiopático e da síndrome dup15q estava disseminada em diferentes áreas corticais.

Além disso, os autores descobriram que os padrões de transcrição típicos que distinguem as regiões corticais foram significativamente atenuados no TEA, com algumas áreas posteriores (BA17 e B39/40) apresentando fortes padrões de atenuação. Em seguida, os pesquisadores categorizaram os genes de todas as amostras em módulos (clusters com altos níveis de coexpressão) usando análise de rede de correlação genética ponderada e identificaram 35 módulos de coexpressão genética.

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Quinze e nove módulos foram regulados para cima e para baixo no TEA, respectivamente. Esta análise foi repetida para quantificações em nível de transcrição e 61 módulos de transcrição foram identificados. Destes, nove e cinco foram regulados positivamente e regulados negativamente no TEA.

No total, 38 módulos foram regulados negativamente ou positivamente em pelo menos uma região cortical no TEA. Dezoito módulos de gene/transcrição mostraram desregulação consistente da expressão em todo o córtex; destes, os módulos IsoformM37 e GeneM5 mostraram enriquecimento significativo para variações genéticas comuns associadas ao TEA. O módulo GeneM5, regulado negativamente no TEA, foi significativamente enriquecido em genes que abrigam proteínas perturbadoras de mutações de novo raras associadas ao TEA.

Em contraste, o módulo IsoformM37, que é regulado positivamente no TEA, foi enriquecido para variantes de risco genético comuns para TEA e continha genes envolvidos no dobramento de proteínas e proteínas de choque térmico. Além disso, havia 13 módulos com padrões de desregulação regionalmente diferentes no TEA. No entanto, nenhum deles foi enriquecido para variantes conhecidas de risco do gene ASD.

Seis desses módulos foram regulados negativamente no TEA, embora fossem mais expressos nas áreas corticais posteriores do que nas regiões frontais em indivíduos neurotípicos. Quatro módulos com mais expressão nas regiões anteriores do que nas regiões posteriores em indivíduos neurotípicos foram regulados positivamente em todo o córtex no TEA, atenuando o padrão.

O RNA-seq nuclear único (snRNA-seq) foi realizado em alguns indivíduos para examinar até que ponto as mudanças na expressão gênica refletem mudanças na proporção celular no TEA. Os pesquisadores sequenciaram mais de 250 mil núcleos de células de seis pessoas com TEA e seis controles correspondentes e identificaram 26 agrupamentos de células diferentes.

Além disso, a desconvolução do tipo celular (CTD) foi realizada usando dados de perfil de metilação temporal e frontal de análises de metiloma unicelular. As análises de CTD mostraram aumentos e diminuições nominais na microglia do córtex pré-frontal (PFC) e nos oligodendrócitos do lobo temporal, respectivamente, no TEA; no entanto, essas mudanças nas proporções celulares não foram mantidas após a correção da taxa de descoberta falsa (FDR).

Finalmente, os autores examinaram assinaturas DEG específicas do tipo celular no TEA nos lobos occipital, parietal e temporal. Os tipos de células occipitais e parietais apresentaram três a quatro vezes mais DEGs que o PFC. A maioria dos sinais DEG veio de neurônios excitatórios, com aqueles do lobo occipital apresentando o sinal DEG mais alto.

Conclusões

Em conclusão, os pesquisadores identificaram alterações na expressão de genes e transcritos em todo o córtex que afetam vários tipos de células neurais e processos biológicos no TEA. Mais notáveis ​​foram as alterações observadas no TEA no córtex visual primário (BA17).

Os genes da via de energia neuronal regulados negativamente e os genes reativos microgliais e de resposta imune regulados positivamente foram afetados em todo o córtex no TEA e também mostraram gradientes regionais. No geral, esses resultados destacaram as mudanças moleculares no córtex no TEA que vão além das categorias funcionais de neurônios imunes/gliais reguladas positivamente e reguladas negativamente anteriormente.

Referência:

• 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

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