нейротиповому

  • предметів
  • реферат
  • вступ
  • результат
  • Точне мультиплексне кількісне визначення модифікації РНК від А до І в мозку людини
  • Високий динамічний діапазон редагування на сайтах та окремих особах
  • Закономірності редагування в глутаматергічній та серотонінергічній системі
  • Диференціальний відносний використання ізоформи ADARB1 у осіб з РАС
  • Тісні взаємозв’язки між кодуванням та сплайсингом у трьох рецепторах АМРА та філаміну-А
  • Цис a переклад взаємозв'язки між сайтами редагування
  • обговорення
  • Наявність даних
  • Додаткова інформація
  • Документи Word
  • Додаткова інформація

предметів

  • Епігенетика в нервовій системі
  • Редагування РНК

реферат

Конверсії РНК аденозин-інозину (від A до I), виконані ферментом РНК ферментом аденозиндезаміназою (ADAR), показують точну регіональну специфіку в мозку та модулюють складну поведінку модельних організмів. 1, 2, 3 редагування РНК від А до І є ефективним засобом збільшення складності РНК, а отже, тонкої настройки функції та дозування гена. 4, 5, 6 Клітинні механізми розпізнають інозин як гуанозин, тому редагування кодонів A-to-I та сигнали сплайсингу безпосередньо змінюють функцію генів, що кодують білок, 6, 7, 8, 9, 10, 11, тоді як редагування мікроРНК 12, 13, 14 та їх сайти зв'язування 15 змінюють експресію гена. Це особливо важливо для людського мозку, єдиного найскладнішого органу клітинного різноманіття, зв’язку, морфогенезу та реакції на подразники навколишнього середовища. 16

Мало що відомо про редагування РНК від А до І у людей, але вважається, що це один із молекулярних механізмів, що пов'язує екологічні дані та поведінкові результати. 18, 25 Збільшення редагування у людей 26 порівняно з іншими тваринами, 27 включаючи приматів, які не є людьми, 28 було розроблено, щоб викликати молекулярну складність, яка може лягти в основу знань вищого порядку. 18 Отже, характеристика редагування A-I у типово і нетипово розвинених людей може пролити світло на залежні від навколишнього середовища епігенетичні механізми, які є центральними для розвитку нейронів людини.

Розлади аутистичного спектру (ASD; MIM 209850) - це високо успадковані загальні порушення нервового розвитку складної генетичної етіології, що характеризуються дефіцитом взаємної соціальної взаємодії та повторюваної поведінки. 29 Кілька досліджень характеризують синаптичні відхилення при РАС. 29, 30, 31, 32 Однак механізми взаємодії генів із середовищем та їх внесок у спостережувані синаптичні зміни досі невідомі. Кількість генів-кандидатів швидко зростає на 33, 34, 35, і головна проблема полягає у визначенні контексту, в якому вони становлять ризик для РАС. Нещодавні дослідження-близнюки свідчать, що внесок факторів навколишнього середовища в РАС більший, ніж спочатку думали, з нижчими оцінками монозиготної згоди (77–88%) і напрочуд високою дизиготичною злагодою 31% (порівняно з рівнем рецидивів братів і сестер 19%) . ). 36, 37 Отже, виявлення механізмів, що регулюють взаємодію генів та середовища, що мають відношення до ASD, може бути інформативним для оцінки ризику. Редагування РНК від А до І потенційно є одним із таких механізмів, що поєднує в собі екологічні подразники та синаптичну передачу.

Кілька рядків доказів підтверджують вивчення зв'язку між корекціями A-to-I та ASD. По-перше, модельні організми зі зміненим редагуванням AII виявляють неадаптивну поведінку, характерну для ASD, 2, 39, іноді із судомами 1, 40 або симптомами Прадера-Віллі, 41 з яких зазвичай виявляється у 25% дітей з ASD., 42, 43 По-друге, змінене редагування рецептора серотоніну HTR2C було виявлено на мишачій моделі аутизму 44 та на розладах, які сукупні у сім'ях з РАС, 45, включаючи шизофренію 46 та велику депресію. По-третє, нещодавно було показано, що модель літаючого синдрому Fragile X, найпоширеніша причина одного гена ASD 48, демонструє суттєві модифікації шляхом прямої взаємодії між геном Fragile X dFMR1 та ферментом редагування dADAR. Нарешті, незалежні геномні дослідження включають варіанти синаптичних генів, які є найбільш відредагованими генами, 17 як періодична тема в ASD. 29, 30, 31, 32

Тут ми зосереджуємося на нейро-регульованому редагуванні A-to-I, яке безпосередньо змінює синаптичну функцію. Ми точно визначаємо кількісні показники та порівнюємо рівні редагування між окремими людьми та характеризуємо різні країни редагування 10 синаптичних генів, що діють у мозку людини, протиставляючи мозок після смерті типово розвиненим особам з мозком, виділеним від осіб з РАС. Потім ми (i) спеціально вивчаємо закономірності модифікацій глутаматергічної та серотонінергічної систем, (ii) корелюємо модифікації за допомогою ізоформ та (iii) виявляємо скупчення корельованих ділянок. Важливо, що ми виявили, що відносне використання дисфункціональної форми редагуючого ферменту ADARB1 значно вище при АСД.

результат

Точне мультиплексне кількісне визначення модифікації РНК від А до І в мозку людини

Цей підхід забезпечив набір даних з високою надійністю редагування синаптичної РНК від A до I від осіб з ASD та відповідних нейротипових осіб із середньою довжиною довірчого інтервалу 95% (CI) 0,0338. Для незалежної перевірки аналізували однакові кДНК та гДНК паралельним захопленням та секвенуванням.> 3000 × Ілюміна у шести місцях серед усіх людей (додаткова інформація). Тісна кореляція між двома методами виявлення коригування показана на додатковому малюнку 4 та додатковій таблиці 4 із середнім коефіцієнтом кореляції 0,923.

Високий динамічний діапазон редагування на сайтах та окремих особах

Рівень коригування 25 ділянок був надійно виміряний та виявився в діапазоні від 2,5 до 99,6% (рис. 1а та додатковий рисунок 5). Було виявлено несподівано широкий розподіл рівнів коригування серед нейротипових осіб та ретельно підібраних осіб із РАС на тих ділянках, які раніше виявлялись нейродеволюційними у 23 мишей (середній коефіцієнт варіації (CV) 54,8%). Лише один сайт, GRIA2 Q/R, продемонстрував однакові рівні коригувань для всіх осіб (CV = 0,5%), що узгоджується із повідомленнями про те, що коригування цього сайту є необхідними та незмінними під час розробки. 23, 65 Не виявлено взаємозв'язку між рівнями коригування та віком, статтю, расою, інтервалом після забою або цілісністю РНК (додаткова фігура 6).

Особи з РАС в екстремальному розподілі розподілу населення в 20 з 25 населених пунктів. ( a ) Високий динамічний діапазон середнього коригування на сайтах, від 99,6% нижче межі виявлення. Стовпці Sd, показані фіолетовим кольором, вказують на велику варіативність у регулюванні нейророзвитку між ретельно спареними особами. b ) Індивідуальний СД із середнього рівня коригувань у всіх населених пунктах показує, що крайністю розподілу коригувань популяції, як правило, є особи з АСД (оранжеві трикутники) і є основним фактором великої мінливості, згаданої в a ). Горизонтальні лінії вказують на стандартизований розподіл 95% ДІ заднього видання людини. Рівні синаптичного коригування принаймні на два сд від середнього є дуже інформативними щодо РАС із позитивним прогнозним значенням 78%.

Повнорозмірне зображення

  • Завантажте слайд PowerPoint

Під час перевірки індивідуальної щільності коригування спини у всіх місцях (додаткова фігура 5) ми помітили, що крайністю більшості розподілів лікування є особи з РАС. Щоб кількісно оцінити це спостереження, точкові оцінки рівнів коригування кожної людини на кожній ділянці були перетворені в Z-бал, а ті 2 або  - 2 вважалися крайніми, представляючи рівні коригування, які становлять принаймні два sd від середнього. На 20 з 25 ділянок особи з РАС потрапляли в екстремальний спектр модифікацій, що спостерігалися для цього сайту (рис. 1b). Наявність екстремальних рівнів синаптичного редагування є дуже інформативним щодо ASD, з позитивним прогнозним значенням p (ASD || Z редагування |> 2) 0, 78. Викиди в різних місцях - це різні особи з ASD (додаткові малюнки 5 та 7) та коригування більш ніж на три сд від середнього були специфічними для осіб з РАС (Додаткова фігура 7). Загальна редакційна дисперсія АСД була більш ніж подвоєна порівняно з нейротиповими особами (дисперсія АСД = 0,58, середня нейротипічна дисперсія однаково великих підгруп = 0,24, Браун - Форсайт Р = 5, 6е - 3). Основним фактором, що сприяє цій збільшеній дисперсії, є 30% осіб з РАС (додаткова діаграма 8).

Закономірності редагування в глутаматергічній та серотонінергічній системі

Крім того, схеми редагування, які, як було доведено, що беруть участь у РАС, були спеціально досліджені в глутаматергічній та серотонінергічній системах. 29, 66, GRIK2, геномний локус якого неодноразово зв’язувався і асоціювався з ASD, модифікується в трьох місцях, в результаті чого утворюється вісім ізоформ білка, які відрізняються своєю проникністю кальцію. 23 Диференціальне редагування GRIK2 між особами з РАС та нейротиповими особами показано на малюнку 2, як на одній ділянці, так і на рівні всієї ізоформи. Аналізи Колмогорова-Смірнова використовувались для оцінки значущості відмінностей у безперервних вимірах, таких як ті, що регулюють рівні між невротиповими та особами з РАС. Тест Пірсона 2 був використаний для порівняння дискретних розподілів, таких як кількість ізоформ GRIK2 або HTR2C, отриманих в результаті комбінаторної обробки РНК. Відносні частоти ізоформ GRIK2 суттєво відрізнялись між особами з РАС та нейротиповими особами (P

Відмінності в редагуванні опосередкованих ізоформ GRIK2 між нейротиповими особами (синій) та особами з ASD (помаранчевий). GRIK2 редагується на трьох сайтах: I/V, Y/C (обидві частини TM1) та Q/R (TM2), які змінюють проникність рецепторів кальцію. Було виявлено, що коригування на цих ділянках тісно взаємопов’язані (Рисунок 5b). ( a ) Велика мінливість коригувань GRIK2 на всіх сайтах серед усіх людей. Крайністю спостережуваних спектрів зсуву є особи з АСД. Докладніше див. На додатковому малюнку 5. b ) Комбінована обробка трьох ділянок призводить до восьми ізоформ з різними молекулярними властивостями. Значні групові відмінності у розподілі ізоформ GRIK2 були виявлені між особами з ASD та нейротиповими особами (P 2, 6), всі вони недостатньо представлені в ASD (Рисунок 3) Однак дисперсія ASD набагато більша, ніж дисперсія між нейротиповим та ASD осіб, пропонуючи, щоб цей висновок слід розглядати з обережністю та переоцінювати з більшим обсягом вибірки.

Відмінності у відносній кількості ізоформ HTR2C між особами з РАС та нейротиповими особами (тест P 2). Всього було виявлено 21 з можливих 24 ізоформ, утворених комбінаторною модифікацією п’яти сайтів HTR2C. Найбільші відмінності виявились у ізоформах IDV, MNV та ISI, які у ASD зросли більш ніж удвічі.

Повнорозмірне зображення

  • Завантажте слайд PowerPoint

Диференціальне відносне використання ізоформи ADARB1 у осіб з РАС

Відмінності у відносному використанні неактивної форми ADARB1 між особами з РАС та нейротиповими особами (P = 3, 0e - 3, U-тест Манна - Уітні). Ця ізоформа не має ферментно-зв'язуючих дволанцюжкових доменів і, як було показано, не перекладається. 68 ADARB1 є переважним ферментом редагування сайтів, проаналізованих у цьому дослідженні. ( a ) Напівкількісну зворотну транскрипцію використовували для вимірювання відносних частот ізоформ ADARB1 (NR_027672, продукт 122 bp) (NR_027672, продукт 122 bp) (AD_BB), використовуючи праймери (чорні трикутники), які виявляють обидва. b ) Середня відносна частота дисфункціональної ізоформи ADARB1 становила 46,3 ± 5,6% у ASD та 26 ± 4,5% у нейротипічних осіб, подібно до частоти, яка раніше спостерігалась у нейротипічному мозку людини. 68 Цей аналіз також включав усі 25 зразків, включених в обстеження модифікації РНК. Відносна частота дисфункціональної ізоформи корелює із загальними рівнями адаптації (Pearson's P = 3, 2e - 2). Крім того, чисельність дисфункціональної форми була оцінена за допомогою вищих аналізів експресії генів TaqMan® у пацієнтів з РАС (P = 7, 3e - 3, U-тест Манна - Уїтні, додаткова фігура 12), зі значним співвідношенням між кількісними та напівкількісні результати ПЛР (Pearson's P = 2.0e-5).

Повнорозмірне зображення

  • Завантажте слайд PowerPoint

Тісні взаємозв’язки між кодуванням та сплайсингом у трьох рецепторах АМРА та філаміну-А

Довгі 454 показання (додатковий малюнок 2) були використані для вивчення регуляторних характеристик модифікації РНК людини, включаючи раніше передбачені взаємозв'язки 6, 69 між відбором кодування та альтернативним відбором сплайсингу на трьох AMPA (GRIA2, GRIA3 та GRIA4) та філамін-A (FLNA) рецептори. GRIA2, GRIA3 та GRIA4 містять два взаємовиключні екзони, які модулюють кінетику анестезії, що називається фліп і флоп. 7 Коригування на 3 'кінця екзона безпосередньо перед модулем тригера/флопу були сильно пов'язані з ізоформою флопа в GRIA4 (коефіцієнт ймовірності (OR) = 101,9 (95% ДІ 87, 8–118, 2)), GRIA3 ( АБО = 30, 6 (26, 8–34, 8)) і меншою мірою GRIA2 (АБО = 2, 6 (2, 4–2, 8); усі значення Р

Зв'язок між редагуваннями та скороченнями та між сторінками. ( a ) Модифікації на 3-кінцевому екзоні безпосередньо перед модулем фліп/флоп сильно пов'язані з ізоформою флопа в GRIA4 (АБО = 101, 9 (95% ДІ 87, 8–118, 2)), ГРІА3 (АБО = 30, 6 (26, 8–) 34,8)) і меншою мірою GRIA2 (АБО = 2, 6 (2, 4–2, 8); усі значення Р 0, 97, точний тест Фішера), тоді як GRIA2 Q/R −4 повністю відрегульований, GRIA2 Q/R повністю модифікований і GRIA2 Q/R +4 варіативно модифікований між особами, від 4 до 17%.

Повнорозмірне зображення

  • Завантажте слайд PowerPoint

Інша взаємозв'язок між кодуванням та сплайсингом була розглянута у FLNA, де було встановлено, що модифікації на 3 'кінця екзона 43 суттєво корелювали із утриманням інтрону 43 (Пірсон Р 0, 7 між усіма парами сайтів у кластері, у всіх зразки (додаткова таблиця 6) Кластер із найсильнішою кореляцією містив шість ділянок у чотирьох генах (GRIA2R/G, CYFIP2 K/E, GRIA3R/G-1 та GRIK2 I/V, Q/R та Y/C) (r Пірсона = 0,8, P 0, 97, рисунок 5c та додаткова таблиця 5), що вказує на те, що їх розташування просторово тимчасово різне та/або передається різними комплексами.

обговорення

Це дослідження являє собою початкове дослідження модифікації ASD РНК від A до I, форми взаємодії ген-середовище, яка точно налаштовує синаптичну функцію у відповідь на подразники навколишнього середовища. Гени людини, які піддаються редагуванню, частіше беруть участь у процесах, що страждають від порушень нейророзвитку, 17, 18 і А-до-І в цілому збільшуються в людській лінії. 26, 27, 28 Хоча про вплив модифікації РНК на людину відомо небагато, є вагомі докази, що підтверджують ключову роль модифікації A-to-I у модулюванні складної поведінки тварин. 1, 2, 3, 41, 44, 70 Миші та мухи зі зміненими рівнями кондиціонування рекапітулюють кілька поведінкових гомологів до АСД людини. 1, 41, 44 Генетично специфічні дослідження на тваринах демонструють причинно-наслідковий зв’язок між рівнями модифікації та специфічною дезадаптивною поведінкою, 1, 10, а також між конкретним впливом навколишнього середовища та рівнями модифікації. 71 Результати, представлені тут, пояснюють роль епігенетичного механізму, який поєднує в собі екологічні сигнали та наступні поведінкові результати та інтегрує генетичну та екологічну інформацію.

Наявність даних

Доступ до початкових показань послідовності можна знайти в Національній базі досліджень аутизму під номером приєднання NDARCOL0001951.