Dans une étude récente publiée dans Celluleles chercheurs ont examiné 152 459 transcriptomes microgliaux provenant de 443 individus, identifiant 12 états transcriptionnels et leur relation avec la maladie d’Alzheimer (MA).
Sommaire
Arrière-plan
Les microglies jouent un rôle crucial dans les cellules cérébrales, changeant d’état pour contrôler leur activité. Divers états microgliaux ont été étudiés dans des modèles de MA, de vieillissement et de souris. La neuroinflammation, la neurodégénérescence et la maladie sont toutes affectées par l’évolution des états microgliaux. Étant donné que les techniques unicellulaires permettant de profiler les microglies humaines à partir de cerveaux post-mortem sont limitées, les contributions des microglies à la MA restent inconnues.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont identifié des réseaux de régulation clés prêts à régir divers états microgliaux dans le développement de la maladie d’Alzheimer en combinant des profils génétiques avec des données de séquençage ATAC à noyau unique (snATAC-seq).
Les chercheurs ont testé le potentiel des facteurs de transcription (TF) pour contrôler les états microgliaux dans la MA en utilisant des cellules de type microglie dérivées de cellules souches. Les transcriptomes des noyaux microgliaux obtenus à partir d’échantillons de cerveau vieillis post-mortem provenant de 217 patients atteints de MA et de 226 témoins du projet Religious Orders Study/Rush Memory and Aging (ROS/MAP) ont été analysés dans six régions du cerveau, y compris la région corticale temporale moyenne, région corticale préfrontale (PFC), hippocampe, gyrus angulaire, thalamus et cortex entorhinal.
Au total, 174 420 cellules immunologiques ont été produites à l’aide de gènes marqueurs connus provenant d’ensembles de données de séquençage de l’acide ribonucléique à un noyau (snRNA-seq) du cerveau. Les groupes ont été caractérisés comme des états microgliaux distincts en fonction de leurs empreintes moléculaires et de leurs activités, et ces états microgliaux ont été comparés à un ensemble de données précédemment publié et à des états transcriptionnels microgliaux de souris.
Dans le PFC, la signification statistique des différences fractionnaires cellulaires entre les individus témoins, précoces et tardifs de la MA a été testée, et une analyse de corrélation a été réalisée entre les proportions de l’état microglial et plusieurs variables pathologiques dans le PFC pour étudier l’association de ces états avec une MA spécifique. -pathologie pertinente et facteurs confondants.
Grâce à l’immunohistochimie (IHC) et à l’hybridation in situ RNAscope, les chercheurs ont vérifié expérimentalement l’enrichissement d’états importants de transcription dans le cerveau humain AD. Ils ont également utilisé l’analyse d’enrichissement pour déterminer l’expression des gènes des microglies associées à la maladie (DAM) dans l’ensemble de l’ensemble de données. Les chercheurs ont utilisé des données ATAC-seq (snATAC-seq) à noyau unique provenant de tissus cérébraux humains post-mortem de quelques individus de la même cohorte pour étudier les régulateurs en amont qui pilotent divers états microgliaux.
Une analyse de l’ontologie des gènes (GO), une analyse du réseau de co-expression et une analyse proportionnelle des cellules ont également été effectuées. Des cellules de type microglie (iMGL) ont été produites à partir de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) pour des investigations par impulsion et chasse. L’équipe a identifié des facteurs de transcription (TF) en utilisant l’enrichissement de motifs dans des pics d’état déterminés de manière épigénétique et a construit des réseaux de régulation cibles TF.
Pour approfondir la connaissance de la relation entre les états microgliaux et la génétique de la maladie d’Alzheimer, les chercheurs ont identifié des QTL d’expression unicellulaire (eQTL) dans les cellules microgliales et ont réalisé une étude d’association à l’échelle du transcriptome (TWAS) pour étudier les liens entre l’expression génétique et la maladie d’Alzheimer. En outre, les chercheurs ont examiné ces états et leurs corrélations possibles avec les variations génétiques à l’aide des statistiques de l’étude d’association pangénomique (GWAS). Ils ont également étudié les proportions relatives des états microgliaux dans la MA, soulignant la nécessité de vérifier la progression de la maladie.
Résultats
Les chercheurs ont examiné 12 états de transcription des microglies, y compris les états de traitement des lipides, homéostatiques et inflammatoires associés à la maladie d’Alzheimer., y compris les états de traitement des lipides, homéostatiques et inflammatoires liés à la maladie d’Alzheimer. 1 542 gènes exprimés différentiellement (DEG) de la maladie d’Alzheimer ont été découverts, y compris des modifications spécifiques au stade de la maladie et à l’état des microglies. Les chercheurs ont montré que l’expression ectopique des activateurs de l’état homéostatique attendus induit des caractéristiques homéostatiques dans les cellules de type microglie dérivées de cellules souches pluripotentes induites par l’homme, mais que l’inhibition des activateurs de l’inflammation empêche le développement inflammatoire.
Les auteurs ont proposé que la transition d’état pourrait être médiée par les activités transcriptionnelles de facteurs de transcription maîtres régulateurs et ont présenté un paradigme dans lequel l’activité de ces facteurs pourrait influencer divers états cellulaires. Les résultats indiquent que le métabolisme lipidique et l’inflammation sont des processus inextricablement liés qui jouent un rôle essentiel dans la contribution des microglies à la pathogenèse de la maladie d’Alzheimer. Au cours du développement de la maladie, les processus inflammatoires semblaient précéder la régulation des graisses dans les cellules microgliales, selon les analyses différentielles spécifiques à l’état et au stade.
Les microglies activées perturbent la fonction de la barrière hémato-encéphalique (BBB) en générant des substances inflammatoires qui provoquent une hyperperméabilité de la BBB dans les troubles cérébraux. Des états microgliaux distincts étaient associés à des signaux GWAS considérables dans le lupus, la colite ulcéreuse et les triglycérides, mais pas dans diverses maladies cérébrales.
L’influence génétique de la MA sur l’expression des gènes est sensible au temps, ce qui implique la nécessité de thérapies spécifiques à chaque stade. Seuls trois gènes, l’apolipoprotéine (APOE), l’intégrateur de pontage 1 (BIN1) et la protéine d’assemblage de clathrine liant le phosphatidylinositol (PICALM), étaient à la fois des gènes à risque de MA et des gènes TWAS, démontrant leur importance au cours de la MA. Les états de l’épigénome ne capturaient pas de manière adéquate la gamme d’états transcriptionnels microgliaux dans le cerveau humain, tels que définis par les signatures DAM.
Conclusion
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont démontré un lien entre les états microgliaux et les facteurs pathologiques et cliniques, les phases de la maladie et la génétique de la maladie d’Alzheimer. Ils offrent une clarté inégalée dans la caractérisation des altérations transcriptionnelles liées aux états microgliaux, qui se produisent d’une manière spécifique au stade de la maladie. Ceci fournit un aperçu de la création de médicaments contre la neuroinflammation avec une spécificité de stade de la maladie pour les phases de la maladie, soulignant l’utilité potentielle des thérapies spécifiques à un stade de la maladie d’Alzheimer.
