Cada uno de tres patrones de expresión genética se alinea con características distintas de la neurobiología conocida: C1 se alinea con la fuerza de la conectividad funcional, C2 con oscilaciones cerebrales en el rango de la banda theta y C3 con la plasticidad cerebral adolescente. A continuación, mostramos mapas de calor (corregidos para comparaciones múltiples) de las asociaciones convergentes entre los tres patrones C1-C3 y tres afecciones de salud mental (trastorno del espectro autista (TEA), trastorno depresivo mayor (TDM) y esquizofrenia (SCZ)) en tres métodos de análisis previamente no relacionados (contracción cortical a partir de neuroimagen, expresión genética diferencial a partir de la secuenciación de ARN postmortem y riesgo genético a partir de estudios de asociación de todo el genoma), que revelan que el autismo está consistentemente asociado con C1 y C2, y la esquizofrenia está consistentemente asociada con C3. Crédito:Neurociencia de la naturaleza(2024). DOI: 10.1038/s41593-024-01624-4.
La organización del cerebro humano se desarrolla con el tiempo, siguiendo la expresión coordinada de miles de genes. Vincular el desarrollo de una organización cerebral saludable con genes implicados en afecciones de salud mental como el autismo y la esquizofrenia podría ayudar a revelar las causas biológicas de estos trastornos.
Investigadores de la Universidad de Cambridge y otros institutos de todo el mundo llevaron a cabo recientemente un estudio que vinculó la expresión genética en cerebros sanos con las imágenes, la transcriptómica y la genética del trastorno del espectro autista y la esquizofrenia. Su papel, publicado en Neurociencia de la naturalezareveló tres patrones espaciales distintos de expresión de genes corticales, cada uno con asociaciones específicas con el autismo y la esquizofrenia.
«Trabajos anteriores habían demostrado que todos los cerebros humanos tienen el mismo patrón espacial primario de expresión genética (C1) que refleja la jerarquía de conexiones entre neuronas», dijo a Medical Xpress Richard Dear, coautor del artículo. «Nuestra hipótesis era que probablemente existe más de un patrón que organiza cómo se expresan los veinte mil genes humanos en nuestro cerebro».
El objetivo principal del reciente estudio de Dear y sus colegas fue descubrir nuevos patrones espaciales de expresión genética. Esperaban que estos nuevos patrones arrojaran luz sobre los llamados «programas transcripcionales», los mecanismos biológicos a través de los cuales el cerebro humano se desarrolla tanto en la salud como en la enfermedad.
«El desafío clave para este estudio fueron los datos limitados disponibles», dijo Dear. «El Allen Human Brain Atlas sigue siendo el único conjunto de datos de expresión genética con alta resolución espacial en todo el cerebro, y se recopiló de sólo seis donantes sanos. Por lo tanto, tuvimos que encontrar una manera de identificar patrones en estos datos limitados que estábamos seguros de que representaban datos generales. programas transcripcionales compartidos en todos los cerebros humanos».
Como parte de su estudio, los investigadores realizaron varios análisis computacionales para validar sus resultados, incluida una prueba de permutación para determinar la solidez y la validación en tres tipos distintos de datos independientes. También buscaron asociaciones entre los nuevos programas transcripcionales y datos publicados previamente relacionados con la organización, el desarrollo, la expresión genética y la variación genética del cerebro asociados con la función cerebral tanto en la salud como en la enfermedad.
«Lo más sorprendente fue cómo cada nuevo análisis que realizamos convergía en la misma historia consistente», explicó Dear. «El segundo patrón de expresión genética (C2) se relaciona con el metabolismo cognitivo y el autismo, mientras que el tercer patrón (C3) se relaciona con la plasticidad cerebral en la adolescencia y la esquizofrenia. Fundamentalmente, ambos patrones fueron identificados y validados completamente en cerebros de donantes neurotípicos».
Dear y sus colaboradores son los primeros en vincular la expresión de genes cerebrales neurotípicos con el autismo y la esquizofrenia a través de tres tipos comunes de resultados previos (es decir, neuroimagen de casos y controles, expresión genética diferencial y estudios de asociación de todo el genoma). Sus resultados sugieren que los datos recopilados utilizando estas distintas técnicas, que anteriormente parecían no estar relacionadas, de hecho pueden rastrearse hasta los mismos programas transcripcionales que guían el desarrollo de cerebros humanos sanos.
«El siguiente paso para nosotros será profundizar en la biología de los tres patrones para comprenderlos a un nivel más mecanicista, aprovechando los datos de secuenciación de ARN de un solo núcleo publicados recientemente», añadió Dear. «Por ejemplo, esperamos descubrir los genes clave o factores de transcripción que guían la expresión de los patrones C1-C3 en las primeras etapas del desarrollo en diferentes tipos de células. También esperamos que estos tres patrones y el código de análisis optimizado que desarrollamos sean un recurso para otros científicos que buscan comprender los fundamentos genéticos de la organización espacial del cerebro».
Más información:
Richard Dear et al, La arquitectura de expresión genética cortical vincula el desarrollo neurológico saludable con las imágenes, la transcriptómica y la genética del autismo y la esquizofrenia. Neurociencia de la naturaleza (2024). DOI: 10.1038/s41593-024-01624-4
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Citación: El estudio vincula la organización de los cerebros neurotípicos con los genes implicados en el autismo y la esquizofrenia (2024, 11 de mayo) obtenido el 11 de mayo de 2024 de https://medicalxpress.com/news/2024-05-links-neurotype-brains-genes-involved.html
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