Dans une étude récente en Nature Communicationsles chercheurs ont examiné l’édition nucléosidique de l’adénosine en inosine (A-à-I) des tissus corticaux préfrontaux post-mortem et vivants.
Les chercheurs ont découvert que les niveaux d’édition de l’ARN étaient significativement plus élevés dans les tissus cérébraux post-mortem que dans les tissus vivants. Alexander W. Charney, MD, PhD, co-auteur principal de l’étude et professeur associé de psychiatrie, de sciences génétiques et génomiques, de neurosciences et de neurochirurgie à Icahn Mount Sinai et co-directeur du Living Brain Project a déclaré : « Comprendre ces différences nous aide à améliorer nos connaissances sur le fonctionnement du cerveau et les maladies à travers le prisme des modifications de l’édition de l’ARN, ce qui peut potentiellement conduire à de meilleures approches diagnostiques et thérapeutiques. »
Sommaire
Arrière-plan
Des recherches récentes sur les altérations moléculaires en réponse aux expositions à l'ischémie nous ont aidés à comprendre le processus de transformation de l'adénosine en inosine dans le cerveau des mammifères. Les tissus cérébraux frais provenant de donneurs humains vivants permettent un examen plus précis en éliminant les confusions liées à l'analyse des tissus post-mortem.
La conversion de l'adénosine en inosine est essentielle au fonctionnement du système nerveux central, et un contrôle incorrect peut entraîner des maladies neurologiques. L'acide désoxyribonucléique (ADN) est stable sur de longues périodes post-mortem, mais l'acide ribonucléique (ARN) est plus vulnérable. La distinction entre les tissus vivants et post-mortem du système nerveux central (SNC) est essentielle pour comprendre les maladies cérébrales et le vieillissement.
À propos de l'étude
La présente étude a examiné les changements d'édition de l'adénosine en inosine dans les cortex préfrontaux dorsolatéraux (DLPFC) humains vivants et post-mortem.
Les chercheurs ont suggéré que les réactions moléculaires aux expositions à l'ischémie et aux réponses immunologiques innées pourraient modifier le paysage d'édition de l'adénosine en inosine dans le cerveau post-mortem. En utilisant les données du Live Brain Project (LBP), ils ont étudié l'impact des tissus DLPFC post-mortem par rapport aux tissus vivants Alu activité d'édition. Ils ont analysé les données génétiques de 164 individus vivants et de 233 échantillons DLPFC post-mortem partiellement appariés. Ils ont calculé une Alu indice d'édition (AEI) pour chaque échantillon d'étude.
Les chercheurs ont mené une étude comparative à l'échelle du transcriptome pour déterminer dans quelle mesure Alu La variation de l'édition s'explique par des variables biologiques et technologiques. Ils ont entrepris deux autres études pour étudier l'impact des changements de PMI et de dégradation de l'ARN sur Alu édition dans les tissus vivants et post-mortem.
Les chercheurs ont étudié l'édition de l'ARN dans des échantillons de DLPFC vivants et post-mortem, en séquençant 206 568 noyaux simples provenant de 21 tissus post-mortem et 31 tissus vivants. Ils ont également créé des pools de pseudo-masse pour chaque type de cellule par donneur et examiné l'expression de l'enzyme adénosine désaminases agissant sur l'ARN (ADAR) dans les DLPFC de type vivant par rapport aux DLPFC post-mortem. Ils ont catalogué les sites d'ARN à haute confiance en utilisant deux approches complémentaires d'appel de sites et des critères de détection approfondis pour éviter les faux positifs.
Les chercheurs ont utilisé l'analyse des variations des ensembles de gènes (GSVA) pour découvrir des voies biologiques qui pourraient expliquer les biais post-mortem dans l'édition de l'ARN. Ils ont calculé les scores d'échantillons uniques pour 10 493 processus biologiques d'ontologie génétique pour chaque échantillon d'ARN-seq en vrac et les ont comparés à l'AEI pour découvrir les processus biologiques prédits.
Les chercheurs ont ensuite étudié les loci de caractères quantitatifs d'édition de l'ARN (edQTL) en identifiant les polymorphismes mononucléotidiques (SNP) qui modifient potentiellement les niveaux d'édition de l'adénosine en inosine dans 195 tissus DLPFC de type post-mortem et 155 tissus vivants. Ils ont mené deux études cis-edQTL pour faire correspondre les niveaux d'édition de l'adénosine en inosine aux SNP et une analyse d'interaction pour examiner les effets dépendants du contexte dans les tissus vivants et post-mortem.
Résultats
L'étude a révélé des changements considérables dans les schémas d'édition de l'adénosine en inosine entre les cerveaux vivants et post-mortem, en particulier dans les cellules non neuronales. L'équipe a noté une amélioration de la conversion universelle Alu dans les cortex préfrontaux des échantillons post-mortem, avec une augmentation significative de l'AEI par rapport au DLPFC vivant. Ils ont constaté une augmentation des niveaux d'ADAR, d'adénosine désaminase ARN spécifique B1 (ADARB1) et d'ADARB2 dans le cortex préfrontal dorsolatéral post-mortem. Le gène ADAR est classé 15ème parmi les gènes différemment exprimés dans les échantillons post-mortem et était fortement associé à l'AEI.
Les différences entre les tissus post-mortem et vivants représentaient la plus grande variabilité Alu (72 %). Dans le même temps, d'autres facteurs établis, tels que le diagnostic médical, les banques de cerveaux, les pourcentages cellulaires neuronaux prédits, l'intégrité de l'ARN (RIN) et les intervalles post-mortem prolongés (PMI), expliquaient le moins. Les investigations post-mortem secondaires ont révélé des relations modestes entre les PMI et les AEI, indiquant que les PMI prolongés ne sont pas susceptibles de provoquer une augmentation Alu édition dans les tissus post-mortem.
L'étude a découvert 193 195 sites d'édition par échantillon dans les DLPFC vivants et 295 343 sites dans les tissus post-mortem, indiquant une édition d'ARN médiée par ADAR. Les sites étaient de A à I, cartographiés sur Alu Les éléments étaient bien connus, avaient des niveaux d’édition modestes et étaient fréquemment mappés sur des introns et des 3′ UTR.
L'équipe a également constaté une surreprésentation considérable des sites LIV-PM, qui représentaient 15 à 31 % de tous les sites A à I et présentaient des niveaux d'édition élevés. Au total, 1 688 activités biologiques étaient des prédicteurs positifs de la Alu édition, avec des gènes associés à ces processus distinguant les échantillons vivants des échantillons post-mortem et prédisant fortement les changements dans l'AEI.
Conclusion
Les résultats indiquent que les réactions biologiques précoces à la mortalité humaine, telles que la signalisation de l'IFN-γ et l'hypoxie, stimulent l'expression d'ADAR et d'ADARB1, ce qui entraîne une augmentation coordonnée de l'édition de l'adénosine en inosine à l'échelle du transcriptome. Les tissus cérébraux post-mortem présentent une expression accrue d'ADAR et d'ADARB1 et une édition étendue de l'adénosine en inosine par rapport aux DLPFC vivants.
L'étude présente une nouvelle approche pour prioriser les sites critiques pour la fonction cérébrale. Elle montre des variations génétiques avec des impacts variables sur les niveaux d'édition d'adénosine en inosine dans les DLPFC post-mortem et vivants. Les sites de type vivant sont abondants dans les sites A à I, qui montrent un contrôle spatiotemporel strict pendant le développement cérébral et sont associés à des maladies neurologiques.
