Изучение профилей экспрессии генов мозга при суициде и депрессии с использованием олигонуклеотидных микрочипов часто не позволяет различить эти два фенотипа. Более того, подходы секвенирования следующего поколения (NGS) более точны в количественном определении экспрессии генов и могут обнаружить альтернативный сплайсинг.
В настоящее время , считается перспективным исследование RNA-seq и экспрессии генов целого экзома. При исследовании большого депрессивного расстройства отдельные авторы с помощью DeSeq2 идентифицировали тридцать пять генов, дифференциально выраженных между группами, и выдержавших поправки на частоту ложных открытий. Исследования, которые объединяют данные метилирования и экспрессии генов, помогут дополнительно прояснить связь между метилированием ДНК, экспрессией генов и психопатологией.
При депрессии измененные гены включают гуманиноподобный-8 (MTRNRL8), интерлейкин-8 (IL8) и ингибитор серпинпептидазы - H (SERPINH1), хемокиновый лиганд 4 (CCL4), в то время как анализ онтологических генов (GO) показал более низкую экспрессию связанных с иммунитетом путей, таких как активность хемокиновых рецепторов, хемотаксис и биосинтез цитокинов, а также ангиогенез и развитие сосудов. MTRNR2L8 является изоформой гена гуманина (HN), недавно открытого митохондриального пептида из 24 аминокислот, который кодируется ядерной ДНК. Согласно Uniprot, MTRNR2L8 играет роль нейропротективного и антиапоптотического фактора. Накопленные исследователями данные свидетельствуют о том, что HN играет заметную роль в стрессоустойчивости благодаря своим нейропротекторным, антиапоптическим и противовоспалительным свойствам. Здесь повышенная экспрессия MRTNR2L8 предполагает компенсаторную и конститутивную активацию в ответ на хронический стресс при большом депресивном расстройстве.
Основанный на гипотезе анализ онтологических генов позволяет предположить более низкую экспрессию генов, участвующих в дифференцировке олигодендроцитов, регуляции глутаматергической нейротрансмиссии и экспрессии рецептора окситоцина как при склонности к самоубийству, так и при депрессии, а предварительные данные об изменении экспрессии ДНК-зависимой АТФазы только при самоубийствах. Анализ DEXSEq идентифицировал дифференциальное использование экзона в АТФазе, класс II, тип 9В при депрессии. Различий в экспрессии miRNA или структурных вариантов генов не обнаружено. Полученные результаты дополнительно подтверждают модели, в которых дефицит микроглии, эндотелия (гематоэнцефалический барьер), АТФазная активность и функции астроцитарных клеток вносят вклад в развитие большой депрессии и самоубийство, а также выявляют предполагаемые пути и механизмы для дальнейшего изучения этих нарушений.
Bсследования по профилированию экспрессии мозга внезапной смерти (CON) по сравнению с больными, страдающими большим депрессивным расстройством обнаружили измененную экспрессию генов, связанных с синапсами, генов, участвующих в ингибировании пролиферации клеток, нейропептидов, участвующих в реакции на стресс и генов, принимающих участие в олигодендроглиальной дифференцировке. Исследование случаев самоубийств при большом депрессивном расстройстве обнаружили измененную экспрессию гамкергических (GABAergic), глутаматергических и связанных с биосинтезом ATP путей. Однако, методы, основанные на гибридизации, имеют ограничения, включая зависимость от существующих знаний о последовательности генома, высоких уровней фона из-за перекрестной гибридизации и ограниченного динамического диапазона обнаружения из-за более высокого фона и насыщенности сигнала.
Важно отметить, что основанные на гибридизации олигонуклеотидные микрочипы и белковые анализы ограничены обнаружением определенных (кодирующих белок) транскриптов мРНК и белковых выходов гена, однако теперь очевидно, что большинство мультиэкзонных генов подвергаются альтернативному сплайсингу, что значительно увеличивает функциональное разнообразие видов белков . Было показано, что редактирование РНК рецептора серотонина 2C (5-HT2C) приводит к изоформам рецепторов, которые менее эффективно активируют G-белок, что ранее было связано с депрессией и самоубийством. Однако, неизвестно, играют ли в этих расстройствах более распространенные формы процессинга РНК, такие как альтернативный сплайсинг.
Технологии последовательностей следующего поколения (NGS) позволяют секвенировать все РНК-транскрипты, продуцируемые данным геном, и, следовательно, предоставляют информацию обо всем экзоме. В отличие от подходов, основанных на гибридизации, RNA-seq не ограничивается обнаружением ранее идентифицированных транскриптов, но также выявляет и новые транскрипты, включая многие специфичные для определенных тканей и некодирующие белок РНК. Другое преимущество состоит в том, что RNA-seq имеет минимальный фоновый шум, потому что последовательности кДНК могут быть однозначно сопоставлены с уникальными участками генома. Было показано, что RNA-seq обладает высокой точностью для количественного определения уровней экспрессии, что подтверждается с помощью количественной ПЦР (КПЦР) и контролей с добавлением РНК с известной концентрацией. Кроме того, RNA-seq позволяет обнаруживать соединения сплайсинга и может использоваться для измерения различий в событиях сплайсинга (т. е. использование дифференциального экзона, DEU).
S. Pantazatos et.al. ( 2017) провели профилирование целого транскриптома NGS (RNA-seq) для идентификации генов, видов miRNA и молекулярных путей, которые изменяются (посредством дифференциальной экспрессии или дифференциального использования экзона) при самоубийстве и большом депрессивном расстройстве в дорсолатеральной префронтальной коре (BA 9). Дорсолатеральная префронтальная кора участвует в регуляции импульсивности, принятии решений, когнитивном контроле настроения и других исполнительных функций, связанных с суицидальным поведением. Исследования, проведенные с помощью функциональной визуализации постоянно обнаруживают дефициты перфузии и толщины коры в префронтальной коре головного мозга у больных жепрессией до смерти и попытки самоубийства. Авторы исследования извлекали РНК из дорсальной префронтальной коры (BA9) и в соответствии с рекомендациями, Консорциума по составлению карт эпигеномики NIH Roadmap (REMC). Для выделения тотальной РНК из посмертной мозговой ткани (область 9 Бродмана) использовали набор для выделения miRNA от MirVana компании Ambion (#. AM1560, Life Technologies, Карлсбад, Калифорния, США). Библиотеку кодирующей РНК генерировали с использованием набора для подготовки пробы TruSeq Stranded Total RNA Sample Prep (Illumina, San Diego, CA, USA), который включает истощение рРНК и химическую фрагментацию. Библиотеки miRNA были получены с использованием набора для подготовки малых образцов РНК TruSeq (Illumina, Сан-Диего, Калифорния, США) в соответствии с рекомендациями производителя (истощение рРНК или химическая фрагментация не проводились). Парное специфическое секвенирование для общей РНК было выполнено на Illumina HiSeq 2500 с длиной считывания 100 п.н., в то время как одностороннее секвенирование было выполнено для микроРНК на Illumina MiSeq с длиной считывания 50 б.п. Для каждого клинического образца необработанные показания RNA-seq были выровнены и сопоставлены с эталонным геномом человека Ensembl GRCh37 и собраны с использованием Tophat v2.0.9, в результате чего были получены файлы BAM для каждого из образцов. Для каждого образца было получено от 17 000 000 до 57 000 000 операций чтения, и ~ 75–90% операций чтения были успешно сопоставлены с геномом для каждого образца. Из этих чтений ~ 10–15% выровнены по нескольким геномным локусам. Авторы использовали DESeq2 v.1.6.3 для оценки дифференциальной экспрессии между группами.DESeq2 игнорируя неоднозначно отображенные чтения и применяя обобщенную линейную модель (GLM) для подсчета данных, предполагающих отрицательное биномиальное распределение.
Как в отношении самоубийства, так и в отношении депрессии , была более низкая экспрессия транскриптов, участвующих в иммунных и микроглиальных клеточных функциях (т.е. клеточный ответ на интерферон типа 1, регуляция хемотаксиса лейкоцитов, регуляция процесса биосинтеза цитокинов и т. д.). Некоторые термины GO, по-видимому, более выражены выше при самоубийстве и / или депрессии в исследовательском контрастном анализе: однако многие из этих результатов обусловлены относительно слабыми эффектами, и все, кроме нескольких, состоят из сильно взаимосвязанных генов.
Нейроглия
Предыдущие исследования указывали на патологию центральных глиальных клеток и / или снижение уровня самоубийств и депрессии. В проведенном выше исследовании GO-анализы были ограничены наборами генов, которые содержали ключевые слова «олигодендроцит» и «астроцит». Наблюдалась измененная экспрессия генов с функциями, связанными с «дифференцировкой олигодендроцитов». Наблюдалась измененная экспрессия генов, участвующих в «миграции клеток астроцитов», с более низкой экспрессией при депрессии и при самоубийстве.
Нейротрансмиттеры
Результаты прошлых исследований свидетельствуют об измененной экспрессии генов, связанных с гамкергической и глутаматергической нейротрансмиссией, при депрессии и самоубийстве. Антагонист глутаматергического NMDA-рецептора - кетамин, по-видимому, нивелирует симптомы депрессии гораздо быстрее, чем традиционные антидепрессанты, и при MDD-S наблюдается более высокая экспрессия глутаматергических рецепторов в dlPFC. Авторы не наблюдали измененной экспрессии транскриптов в наборах генов, связанных с гамкергической нейротрансмиссией , однако обнаружили меньшую экспрессию транскриптов, участвующих в «регуляции синаптической передачи, глутаматергической» , как при депрессии, так и при самоубийстве. Верхним геном в этом наборе GO был рецептор окситоцина (OXTR), экспрессия которого была ниже как при депрессии , так и при самоубийстве.
ДНК зависимая АИФазная активность
Некоторые исследователи обнаружили изменение экспрессии генов, участвующих в продукции 5'-трифосфата (АТФ) аденозина в цикле трикарбоновых кислот (ТСА) и активности АТФазы в сочетании с транспортом ионов через клеточную мембрану. Однако, в литературе отмечается, что гены, участвующие в «ДНК-зависимой АТФазной активности», были выше при сравнении случаев самоубийств, но не при сравнении депрессий. Спермидин / спермин N-1 ацетилтрансфераза (SAT1 или SSAT) ассоциируется с самоубийством на основе микрочипов и имеет более низкую посмертную экспрессию в мозге при самоубийствах, обусловленных депрессией.
Интересно, что ген с самым сильным доказательством для дифференциального сплайсинга (альтернативное использование экзона) при MDD и самоубийстве является АТФазой, класс II типа 9B. В частности, экзон bin 21 (соответствующий экзону 5 первичного белка, кодирующего транскрипт ATP9B-001, был выше как в группах MDD, так и в группах MDD-S, что указывает на связь с MDD, оставляя неясным ответ на вопрос , существует ли в данном случае какое-либо конкретное отношение к самоубийству. Этот ген относится к нескольким категориям GO, ранее причастным к депрессивным самоубийствам, которые включают «АТФазную активность, связанную с трансмембранным движением веществ» и «гидролазную активность, действующую на кислотные ангидриды, катализирующую трансмембранное движение веществ». АТФ9В представляет собой АТФазы Р-типа IV типа (Р4-АТФаза), класс предполагаемых фосфолипидных флиппаз, которые перемещают фосфолипиды из экзоплазматического (просветного) в цитоплазматический листок липидных бислоев. Р4-АТФазы играют разнообразную и существенную роль в биогенезе мембран и транспортных пузырьков, а дефицит Р4-АТФаз связан с заболеванием печени у людей. В дополнение к их предполагаемой роли в установлении и поддержании асимметрии плазматической мембраны, P4-АТФазы, как полагают, участвуют в везикулярном транспорте белков по экзоцитарному и эндоцитарному путям, а также во внеклеточном внутриклеточном транспорте стеринов. Относительно мало известно о функциях ATP9B, других P4-ATPases и их роли в заболевании , и необходимы дополнительные исследования для понимания патогенеза изменений и альтернативного сплайсинга гена ATP9B и его предполагаемой роли в большом депрессивном расстройстве и самоубийстве.
Иммунная система
Наиболее выраженные различия в экспрессии мозга у депрессивных субъектов с самоубийством и без него были обнаружены в молекулярных путях, участвующих в функциях микроглии и иммунной системы (в частности, в генах рецепторов хемокинов и лигандов, таких как хемокиновый лиганд 2 и 4 (CCL2 и CCL4) , причем экспрессия была ниже в группах MDD ( большое депрессивное расстройств ) и MDD-S ( большое депрессивное расстройство , завершившееся суицидом). Транскрипты для интерлейкина-8 (IL8 или CXCL8), хемотаксического активирующего лейкоциты провоспалительного цитокина (хемокина) показали наибольший дефицит при основном депрессивном расстройстве. Эти результаты исследований по измененной экспрессии генов, связанных с иммунитетом, согласуются с тесно связанным исследованием экспрессии генов микрочипов, в котором были обнаружены пути, вовлеченные в «активацию иммунных клеток» в BA46 (область в лобной коре, смежной с BA9), которые были изменены при большом депрессивном расстройстве и самоубийствах.
Несмотря на то, что цитокины, по-видимому, не являются важными медиаторами депрессивного заболевания , считается, что они играют роль в иммуноопосредованных депрессивных расстройствах и могут способствовать развитию депрессивных симптомов у некоторых пациентов. В то время как многие исследования обнаружили более высокую экспрессию провоспалительных цитокинов, таких как IL6, в MDD, в других сообщалось о более низком уровне IL6 в сыворотках крови больных.
Другие исследования показали, что уровни IL-8 и хемокинов в плазме и CSF были ниже у тех, кто совершал самоубийство, по сравнению с лицами, не предпринимающими такие попытки , тогда как одно исследование показало, что провоспалительные цитокины, такие как IL6 и TNF-a, были выше в мозге (BA10 ) при самоубийствах у подростков. Другие авторы обнаружили меньшую экспрессию связанных с иммунитетом генов, таких как CD44, MARCH1 и CD300LB в лобной коре депрессивных самоубийц.
Одно исследование использовало RNA-seq для изучения различий в экспрессии всего экзома в крови из большого живого образца и обнаружило более высокую экспрессию передачи сигналов интерферона I типа при MDD по сравнению со здоровыми добровольцами. Полученные данные о более низкой экспрессии хемокинов и генов, связанных с иммунитетом, при MDD-S, по-видимому, противоречат последним данным об увеличении примирования микроглии и экспрессии генов хемокинов в белом веществе (дорсальная передняя поясная извилина) посмертно после суицида, провоцированного большим депрессивным расстройством, хотя согласуются с недавними мета- анализы и исследования, которые обнаружили более низкие уровни провоспалительных цитокинов, таких как IL8, а также хемокины, такие как CCL2 и CCL4, в спинномозгово жидкости (CSF) пациентов-самоубийц против пациентов без суицида и контрольных пациентов.
Хемокины
Несмотря на убедительные экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что повышенная экспрессия хемокинов и последующий рекрутирование макрофагов в мозг вредны, все больше данных свидетельствуют о том, что хемокины также обладают плейотропными и полезными свойствами помимо хемотаксиса. CCL2 может быть важен в нейрогенезе, так как было впервые показано, что рекомбинантный CCL2 стимулирует пролиферацию и рост глиальных клетокin vitro, в то время как последние данные свидетельствуют о том, что CCL2 может направлять дифференцировку клеток-предшественников в нейроны, астроциты и олигодендроциты. Были показаны дополнительные нейропротективные и нейротрофические функции лигандов CXCL8, CXCL1 и CXCL2, которые включают в себя опосредование механизмов самозащиты против Fas-инициированной гибели апоптотических клеток и модулирование синаптической передачи посредством изменения возбудимости кальциевых каналов и высвобождения нейротрансмиттера.
Также известно, что хемокины играют важную роль в регуляции ангиогенеза). Генный онтологический анализ выявил более низкую экспрессию других генов, участвующих в регуляции ангиогенеза. Хотя мало известно о роли ангиогенеза в депрессии, было показано, что ангиогенез гиппокампа связан с нейрогенезом, и оба они выше при большой депрессии, пролеченной антидепрессантами. Результаты, полученные авторами статьи согласуются с некоторыми предыдущими исследованиями, которые показали, что высокие сывороточные уровни эндостатина, ингибитора ангиогенеза, были связаны с поздней депрессией. Эти результаты требуют будущих исследований для дальнейшего понимания роли кортикального ангиогенеза в дорсальной префронтальной коре при большой депрессии.
Ген SERPINH1
Авторы наблюдали более низкую экспрессию, а также доказательства альтернативного сплайсинга SERPINH1 при MDD и MDD-S. SERPINH1 , член семейства генов ингибитора сериновой протеиназы, кодирует HSP47, который первоначально был идентифицирован как белок, связывающий желатин, под названием коллигин. Функциональные полиморфизмы и / или миссенс-мутации в гене SERPINH1 были связаны с преждевременными разрывами мембран у афроамериканцев и остеогенными нарушениями. Хотя предполагаемая роль этого гена в депрессии и / или самоубийстве остается неясной, анализ GО выявил более низкую экспрессию других генов, вовлеченных в «активность ингибитора эндопептидазы серинового типа», как в группах MDD, так и в группах MDD-S. Сериновые эндопептидазы представляют собой повсеместно распространенные ферменты, которые расщепляют пептидные связи в сериновых протеазах, в которых серин служит нуклеофильной аминокислотой в активном центре фермента. Известно, что сериновые протеазы играют регуляторную роль в ангиогенезе и васкулогенезе путем активации, выделения и модификации ангиогенных факторов роста, деградации эндотелиального и интерстициального матрикса, а также модификации свойств ангиогенных факторов роста и цитокинов. Чрезмерный протеолиз вызывает потерю взаимодействия эндотелиальных клеток с матрицей и ухудшает ангиогенез. Таким образом, более низкая экспрессия и / или альтернативный сплайсинг активности ингибитора серинпептидазы могут потенциально объяснить снижение экспрессии ангиогенных факторов роста, наблюдаемых здесь в группах MDD и MDD-S.
Микроглия
Другие направления исследований показывают, что микроглия выполняет важные функции в неповрежденном мозге посредством обрезки нежелательных синапсов, и было также показано, что первичные дефициты в микроглии приводят к недостаточной синаптической обрезке, уменьшению функциональной связности мозга, дефициту социального взаимодействия и увеличению повторяющихся поведенческих фенотипов у мышей. Результаты исследований показывают заметную более низкую экспрессию генов, связанных с функциями клеток микроглии (активность хемокинов, регуляция процесса биосинтеза цитокинов) при депрессии, что позволяет предположить, что измененная микроглия-опосредованная синаптическая обрезка может присутствовать при MDD.
Астроциты
Все больше данных свидетельствуют о снижении астроцитов и нарушении функции астроцитов при MDD и MDD-S. Поскольку хемокин и связанные с ним гены экспрессируются в микроглии и астроцитах при нормальных физиологических условиях и играют роль в нейрон-глиальной коммуникации и нейропротекции , выводы о сниженной экспрессии хемокинов и связанных с иммунитетом генов могут отражать клеточные аномалии (то есть сниженные астроциты), присутствующие в мозге самоубийц во время эпизода обострения большой депрессии.
Эти результаты согласуются с недавним исследованием ПЭТ, в котором изучался маркер транслокатора белка нейровоспаления (TPSO), и в котором не удалось найти доказательств усиления нейровоспаления у лиц с легкой и умеренной депрессией.
Добавить комментарий