A neurogênese do hipocampo humano mostra padrões únicos de expressão gênica em comparação com outros mamíferos

Embora o processo pelo qual uma variedade de neurônios seja produzido, também conhecido como neurogênese, tenha se concentrado em muitos estudos neurológicos, seus fundamentos genéticos e biológicos em humanos ainda não foram completamente claros. Isso também se aplica aos neurônios imaturos decorrentes da neurogênese do hipocampo adulto, conhecido como células de grânulos de dentados imaturos (IMGCs), que suporta a adaptação cerebral em resposta a experiências na idade adulta.

Pesquisadores da Universidade da Pensilvânia, a Academia Chinesa de Ciências e outros institutos realizaram recentemente um estudo que visa entender melhor como os IMGCs se desenvolvem e determinaram se os processos que induzem sua origem em humanos foram vistos em outras espécies. Suas conclusões, Publicado Em Neurologia da naturezaSugere que processos biológicos semelhantes afetam essas células no cérebro de camundongos, porcos, macacos e humanos, a expressão dos genes varia nos IMGCs humanos.

O primeiro escritor do artigo, Yi Zhou, disse: “Os IMGCs em mamíferos desempenham um papel importante na plasticidade, aprendizado e memória do IMGC, que surgem da neurogênese do hipocampo e têm grande capacidade de terapia regenerativa”.

“No entanto, os sintomas moleculares dos IMGCs em humanos e macaks são muito conhecidos, pois a maioria das pesquisas se baseia no conhecimento e na assinatura molecular dos IMGCs em camundongos, resultando em anomalias na identificação e caracterização do IMGC em primatas”.

Um dos principais objetivos do estudo recente de Jhou e seus colegas era tentar identificar instalações moleculares e Padrão de expressão gênica Isso pode ser exclusivo dos IMGCs humanos. Para fazer isso, ele conduziu um estudo focado em quatro Espécie de mamíferosIsto é, ratos, porcos, macacos e humanos.

“Tornamos para identificar com precisão os IMGCs nos dados de RNA-seq de célula única publicados e, em seguida, fazer uma comparação sistemática da paisagem molecular dos IMGCs no hipocampo em espécies de mamíferos, que revelam suas mudanças evolutivas e características específicas humanas”, disse Johou. “Dada a variação da interseção potencial, evitamos o uso de marcadores moleculares ricos em mouse, que anotam os IMGCs no conjunto de dados Human e Makak Scrna-Seq publicado”.

Como parte de seu trabalho anterior, Jhou e seus colegas se desenvolveram Um aprendizado de máquina para identificar IMGCs humanosQue foi encontrado para obter resultados notáveis. Por outro lado, marcando os IMGCs no cérebro de MacCax provou ser um desafio primeiro, para obter resultados inconsistentes com os esforços anteriores.

Em seu novo estudo, os pesquisadores desenvolveram uma abordagem gerenciada por aprendizado de máquina para marcar essas células do hipocampo, dependendo de um classificador (ou seja, um algoritmo para classificar dados específicos). Para treinar o algoritmo, ele usou IMGCs com alto confiança (ou seja, células Granuul, usando marcadores IMGC clássicos, como DCX e Prox1, mas contrapartes maduras, como CalB1). Os dados para essas células foram coletados do Young Makak, que possui muitos IMGCs.

“O novo classificador nos permitiu identificar as características neuronais imaturas em todo o transcriptom dos MACAK IMGCs usando critérios frequentes no conjunto de dados”, explicou por Zhou. “Para comparar sistematicamente a preservação e o desvio dos IMGCs em espécies, analisamos os IMGCs versus uma espécie cruzada como seus colegas maduros de seres humanos, macac, porcos e ratos usando todos os conjuntos de dados publicados de SCRNA-SAQ no momento da nossa pesquisa”.

A análise feita pelos pesquisadores mostrou que a riqueza da expressão gênica nos IMGCs varia muito em espécies, mais impressionantes do que a expressão gênica em células de grânulos maduros. No entanto, os processos biológicos que controlam o desenvolvimento das células parecem ser os mesmos para todas as espécies que estudaram.

“Também identificamos a promoção de muitas famílias de genes em IMGCs humanos vs. maduro Células de grânulosCom essa promoção em Macak, porcos ou ratos “, disse Jhou.

“Em particular, identificamos a rica expressão de uma família de genes ATP6, que codifica sublacas ATPs do tipo vacu-deportadoras de prótons. Desenvolvemos ainda um modelo de células-tronco pluripotentes humanas de IMGC e exibiu in vitro que a nutrição e a nutritética do IMGC foram exibidas in vitro.

No geral, as descobertas coletadas por essa equipe de pesquisadores sugerem que os processos biológicos que executam o desenvolvimento dos IMGCs são semelhantes em espécies, mas a regulação de genes que executam esses processos variam bastante. Essas diferenças na expressão gênica podem desempenhar um papel importante na adaptação das células e sua contribuição para várias funções cerebrais.

“Além disso, nosso trabalho destaca o valor da análise molecular e funcional independente da neurogênese adulta em espécies e o valor de modelos baseados em células humanas (culturas práticas de células-tronco humanas e amostras cirúrgicas e amostras cirúrgicas), que está em esclarecer os sintomas moleculares, funcionais e regulatórios do IMGC humano”, disse Zoou.

Este estudo recente pode em breve inspirar a análise de outras espécies cruzadas que se concentram nos processos de neurogênese e especialmente no desenvolvimento de IMGCs. Finalmente, também pode informar o desenvolvimento da intervenção médica destinada a modificar a origem de neurônios específicos no hipocampo.

“Devido às limitações de profundidade de seqüenciamento no SCRNA-SAQ, nossa análise se concentrou em genes altamente expressos, deixando inesperados se os genes com baixa expressão que são ricos em IMGCs, exibem igualdade ou diferenças de espécies cruzadas”, disse Johu.

“Além disso, não nos responsabilizamos por características genômicas específicas de espécies ou uso de isoformas. Com pesquisas futuras, grandes tamanhos de amostras, sequenciamento profundo e integração multi-onomics, a amostragem pode reduzir a variabilidade da amostragem e permitir uma investigação mais aprofundada em vários métodos de dados do IMGC em gênero, estágios de desenvolvimento e estados de doenças”.

Até agora, a análise da equipe se concentrou nos IMGCs, que ainda não foram totalmente desenvolvidos. Como parte de seus estudos futuros, a Zhou e seus colegas devem usar a mesma abordagem para examinar outros tipos de células no cérebro de mamíferos adultos, como quint e células -tronco nervosas adultas ativas.

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