La regione dlk1-dio3 impressa di 14q32 definisce una firma mirna associata alla schizofrenia nelle cellule mononucleate del sangue periferico | psichiatria molecolare

La regione dlk1-dio3 impressa di 14q32 definisce una firma mirna associata alla schizofrenia nelle cellule mononucleate del sangue periferico | psichiatria molecolare

Anonim

Soggetti

  • L'epigenetica
  • miRNA
  • Neutrofili
  • Schizofrenia

Astratto

I microRNA (miRNA) regolano l'espressione genica a livello post-trascrizionale e sono importanti per coordinare lo sviluppo del sistema nervoso e la funzione neuronale nel cervello maturo. Abbiamo recentemente identificato l'alterazione associata alla schizofrenia della biogenesi corticale del miRNA e l'espressione nel tessuto cerebrale post mortem con implicazioni per la disregolazione dei geni candidati alla schizofrenia. Sebbene questi cambiamenti siano stati osservati nel sistema nervoso centrale, è plausibile che anche le firme di espressione di miRNA associate alla schizofrenia possano essere rilevate nel tessuto non neurale. Per esplorare questa possibilità, abbiamo studiato il profilo di espressione di miRNA delle cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC) da 112 pazienti con schizofrenia e 76 controlli non psichiatrici. L'analisi dell'espressione di miRNA dell'RNA totale condotta utilizzando array di miRNA commerciali ha rivelato che 33 miRNA erano significativamente sottoregolati dopo correzione per test multipli con un tasso di scoperta falso (FDR) dello 0%, che è aumentato a 83 quando abbiamo considerato miRNA con un FDR <5%. Sette miRNA alterati nell'analisi dei microarray della schizofrenia sono stati confermati down-regolati dalla reazione a catena quantitativa della trascrizione-polimerasi inversa in tempo reale. Un grande sottogruppo costituito da 17 miRNA downregolati viene trascritto da un singolo locus impresso nella regione DLK1-DIO3 espressa maternamente sul cromosoma 14q32. Questo modello di miRNA espresso in modo differenziato nei PBMC può essere indicativo di significative alterazioni genetiche o epigenetiche alla base associate alla schizofrenia.

introduzione

La schizofrenia è un disturbo neuropsichiatrico gravemente debilitante e complesso che affligge quasi una persona su 100 per tutta la vita. 1 Sebbene alcune caratteristiche neuroanatomiche e istologiche grossolane siano state associate alla schizofrenia, nessuna è abbastanza coerente da essere considerata diagnostica. 2, 3, 4, 5, 6, 7 La scarsità di patologia tangibile significa che la diagnosi clinica si basa su criteri descrittivi e richiede la presenza persistente o episodica di alcuni sintomi per un periodo definito con disabilità associata ed esclusione di altre condizioni psichiatriche. Poiché si ritiene che un intervento precoce nella schizofrenia sia importante per migliorare i risultati, qualsiasi ritardo nella diagnosi o diagnosi errate a causa delle limitazioni intrinseche dei descrittori clinici può avere un impatto prognostico negativo. 8, 9 Di conseguenza, sono necessari marcatori biologici accessibili per migliorare i tempi e l'accuratezza della diagnosi e identificare gli individui ad altissimo rischio di schizofrenia. Queste informazioni possono anche offrire l'opportunità di personalizzare il trattamento per l'individuo e consentire un intervento tempestivo più efficace. 10, 11, 12, 13 Pur avendo una forte componente genetica, le prime aspettative di una semplice diagnosi genetica per la schizofrenia sono state vanificate dal fatto che l'ereditarietà sembra comportare una miscela complessa ed eterogenea di varianti comuni, ciascuna con dimensioni di effetto ridotte. 14

Più recentemente, gli studi hanno tentato di avvicinarsi alla neuropatologia della schizofrenia nel tentativo di identificare percorsi comuni nel disturbo. L'analisi dell'espressione genica ad alto rendimento ha rivelato un'espressione genica alterata nel cervello post mortem tra cui la corteccia prefrontale dorsolaterale, il giro temporale superiore e l'amigdala, che sono tutti funzionalmente rilevanti per la patologia della schizofrenia. 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 Sebbene non sia stato riscontrato che nessun singolo gene sia costantemente alterato negli studi o nelle regioni del cervello, la maggior parte riferisce l'arricchimento di percorsi rilevanti per la presunta neurobiologia della schizofrenia. In molti casi, l'estensione e la forma dell'alterazione genica nel cervello post mortem possono implicare il coinvolgimento di influenze aberranti regolatorie o epigenetiche. A sostegno di questa ipotesi, abbiamo recentemente riportato cambiamenti nella biogenesi e nell'espressione del microRNA corticale (miRNA) nella schizofrenia. 23, 24 Queste molecole influenzano fortemente l'espressione genica, in particolare nel cervello, dove si pensa che siano coinvolte sia nello sviluppo neurologico che nella regolazione della struttura e della funzione sinaptiche. 25, 26, 27, 28, 29

Sebbene la fisiopatologia dei cambiamenti nell'espressione di miRNA corticale rimanga da determinare, è plausibile che l'alterazione dell'espressione di miRNA si estenda oltre il cervello e possa fornire utili biomarcatori periferici per la schizofrenia che sarebbero accessibili per uso clinico. Le molecole di miRNA sono altamente stabili 30 e, a causa della loro funzione regolatoria (prevista per regolare metà del genoma umano 31 ), sono probabilmente più informative e prognostiche dell'espressione genica. Certamente nel campo della biologia del cancro, il miRNA può essere un predittore più accurato del fenotipo tumorale rispetto al suo genotipo. 32, 33 la profilazione del miRNA di tessuti e fluidi corporei è stata istruttiva in una varietà di tipi di cancro, tra cui leucemia linfocitica cronica e carcinoma polmonare, prostatico, vescicale e mammario. 34, 35, 36, 37 Forse più rilevante per i disturbi cerebrali come la schizofrenia, la profilazione del miRNA del sangue intero nella sclerosi multipla ha rivelato segni di espressione associati alla malattia e al suo stato di remissione. 38 Allo stesso modo, l'analisi del miRNA nella malattia di Alzheimer ha rivelato modelli significativi di espressione alterata nelle cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC) 39, nonché nel liquido cerebrospinale e nel cervello. 40 PBMC in particolare rappresentano un interessante tessuto alternativo per la profilazione della malattia attiva nei pazienti viventi con numeri statisticamente robusti. Questo tessuto accessibile può riflettere i cambiamenti globali associati alla malattia in un disturbo genetico sottostante e può avere un significato speciale laddove si ritiene che siano coinvolti fattori di rischio immunologico. Nella schizofrenia, ad esempio, si ritiene che l'infezione materna prenatale sia un importante fattore di rischio 41, 42, 43, 44 che può lasciare firme di espressione immunologicamente rilevanti nei PBMC.

In questo studio, abbiamo esaminato l'espressione di miRNA nei PBMC derivati ​​da una coorte di pazienti schizofrenici e controlli non psichiatrici e identificato una significativa riduzione associata alla schizofrenia di 83 miRNA. Gran parte di questa firma di espressione è stata derivata da un cluster di 17 miRNA residenti in un singolo dominio stampato su 14q32. Questa scoperta ha implicazioni per la nostra comprensione della regolazione epigenetica e dell'ereditarietà nella schizofrenia e può anche avere applicazioni come nuovo biomarcatore per il disturbo.

risultati

analisi dell'espressione di miRNA

L'espressione di miRNA è stata analizzata in PBMC di 112 pazienti con schizofrenia e 76 controlli non psichiatrici utilizzando matrici di array di miRNA umano (Illumina). Dopo la normalizzazione e la sottrazione di fondo, sono rimasti segnali corrispondenti a 358 miRNA o circa il 40% del contenuto dell'array. L'analisi statistica ha rivelato 33 miRNA significativamente sottoregolato a un tasso di scoperta falsa (FDR) dello 0% (Figura 1a) che aumenta a 83 con un FDR <5% (Tabella 2). Ciò includeva un numero di miRNA arricchiti nel cervello, miR-134, miR-128 e miR-181b. Al contrario, non c'erano miRNA aumentati significativamente secondo questi criteri. Sette dei miRNA espressi in modo differenziato sono stati ulteriormente analizzati mediante PCR quantitativa in tempo reale con trascrizione inversa in un campione rappresentativo costituito da 57 casi di schizofrenia e 34 controlli. L'espressione di miRNA è stata normalizzata alla media geometrica di due snoRNA espressamente costituiti U44 e U49. Questi risultati erano molto concordanti con l'analisi dei microarray con tutti e sette i miRNA confermati per essere significativamente sottoregolati nella schizofrenia rispetto ai controlli (Figura 1b) (test U- test Mann – Whitney a due code). Questi includevano miR-31 (2, 97 volte, P <0, 001), miR-431 (2, 79 volte, P <0, 001), miR-433 (2, 06 volte, P = 0, 017), miR-107 (2, 25 volte, P <0, 001), miR-134 (1, 89 volte, P = 0, 007), miR-99b (4, 24 volte, P <0, 001) e miR-487b (2, 06 volte, P <0, 001).

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Espressione di microRNA (miRNA) associata alla schizofrenia nelle cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC). ( a ) Analisi di significatività del diagramma di microarray (mi) di miRNA espresso in modo differenziato nei PBMC da partecipanti con schizofrenia ( n = 112) rispetto ai controlli non psichiatrici ( n = 76). La linea blu solida centrale indica uguale espressione e le linee nere tratteggiate superiore e inferiore indicano livelli per un'espressione significativamente alterata (tasso di rilevamento falso (FDR) dello 0%). ( b ) Convalida quantitativa della reazione a catena della polimerasi della trascrizione inversa in tempo reale (Q-PCR) di miRNA significativamente down-regolata dall'analisi dell'array di miRNA. Le barre indicano una variazione media della piega ± sem di 91 campioni (57 casi di schizofrenia e 34 controlli non psichiatrici). La coorte di controllo è impostata su 1. * P <0, 05; ** P <0, 01; *** P <0, 001 di Mann – Whitney U- test.

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Analisi a grappolo di miRNA associato alla schizofrenia

Anche i miRNA mostrati associati alla schizofrenia nell'analisi dei microarray sono stati sottoposti a clustering gerarchico (Figura 2). Ciò ha separato i partecipanti in due gruppi principali in cui l'espressione ridotta è stata arricchita all'interno della coorte di schizofrenia (Figura 2, lato sinistro) in contrasto con la maggior parte dei controlli, che sono stati visivamente distinti dalla loro espressione relativamente più elevata (Figura 2, lato destro). Sorprendentemente, un gruppo di 17 dei miRNA sostanzialmente sostanzialmente sottoregolati erano anche strutturalmente associati alla loro posizione genomica sul braccio lungo del cromosoma 14 (14q32). Questi miRNA risiedono tutti in due segmenti strettamente vicini, ciascuno dei quali si estende per circa 40 kb e separato da ∼ 110 kb, a 14q32.2 e 14q32.31 (Figura 3). Questo cluster codifica almeno 48 geni miRNA, 56, 57 dei quali 30 miRNA maturi sono stati espressi nei PBMC. Ciò ha indicato che circa il 53% dei miRNA espressi in questo locus erano significativamente sottoregolati nella schizofrenia. Inoltre, quando abbiamo esaminato i miRNA espressi in questo cluster che non sono stati significativamente modificati dopo la correzione per test multipli, altri 10 miRNA o 33% (inclusi miR-493 *, miR-665, miR-379, miR-411, miR-376a, miR-376b, miR-376c, miR-495, miR-539, miR-889) hanno anche mostrato una riduzione media della schizofrenia coerente con la tendenza osservata nella maggior parte dei miRNA espressi da questa regione. Questo modello di espressione tra i miRNA raggruppati associati alla schizofrenia era anche altamente coerente all'interno degli individui, suggerendo che la loro trascrizione potrebbe essere sotto l'influenza di meccanismi regolatori condivisi.

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Heatmap che mostra il clustering gerarchico di microRNA significativamente sottoregolato con diagnosi. I campioni sono codificati a colori in base alla diagnosi (blu = controllo; giallo = schizofrenia). Il verde indica un'espressione bassa e il rosso indica un'espressione alta (Java Treeview).

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Organizzazione genomica di cluster di microRNA (miRNA) 14q32 vicini al dominio impresso DLK1-DIO3. DLK1, RTL1 e DIO3 (rettangoli blu) sono geni espressi paternamente. I geni di RNA non codificanti espressi per via materna (rosa) includono il gene 3 espresso in modo materno (MEG3), anti-RTL1 (codifica il cluster miRNA più piccolo A), il gene 8 espresso in modo materno (MEG8) (codifica cluster RNA (snoRNA) piccolo nucleolare) e il più grande ammasso di miRNA B. La linea germinale intergenica derivata in modo differenziato regione metilata (IG-DMR) è metilata sul cromosoma paterno indicato dalla lettera racchiusa m. I cluster miRNA 14q32 sono disposti in due segmenti: ciascuno separato da un cluster snoRNA C / D. i miRNA in carattere corsivo verde scuro erano significativamente sottoregolati nella schizofrenia e i miRNA in blu mostravano una tendenza alla downregulation nella schizofrenia. miRNA in nero sono stati espressi ma non espressi in modo differenziato e in grigio non sono stati espressi. Questa figura è stata adattata da Royo e Cavaille 64 e Hagan et al. 103

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Analisi del numero di copie

Per indagare se la downregulation di miRNA sul cromosoma 14q32.31–32.2 è correlata alla variazione strutturale, abbiamo analizzato un sottoinsieme di campioni tra cui 57 controlli e 81 casi usando saggi TaqMan di copie disponibili in commercio (Applied Biosystems). Gli ampliconi specifici per la sequenza all'interno del gene 3, il gruppo A e il gruppo B espressi per via materna della regione 14q32, sono stati analizzati rispetto al controllo endogeno RNase-P. Non sono stati rilevati eventi di cancellazione o amplificazione significativi in ​​questa regione in entrambi i casi o controlli (Figura 1 aggiuntiva).

Analisi del gene e del percorso target

Per ottenere un certo apprezzamento delle implicazioni biologiche dei cambiamenti associati alla schizofrenia nell'espressione dei miRNA, abbiamo esaminato gli obiettivi predetti dei miRNA e i loro percorsi associati per vedere se sono emersi dei pattern. Più siti di legame del miRNA hanno un gene nella sua regione non tradotta 3′, più è probabile che sia regolato post-trascrizionale. 53 Gli algoritmi di predizione target miRanda 51 e TargetScan 52 sono in grado di identificare quei miRNA che si legano più volte all'interno di una regione non tradotta 3′. Pertanto, queste informazioni sono state utilizzate per prevedere i geni target che molto probabilmente erano fortemente regolati dal miRNA espresso in modo differenziato. A causa di un alto grado di falsi positivi, l'elenco dei geni target è stato filtrato per includere solo quei geni che erano stati presi di mira da cinque o più miRNA o contenevano cinque o più siti di legame per un particolare miRNA all'interno della sua regione non tradotta 3′. Questo processo di analisi target è stato eseguito sul 17 miRNA che mostrava un'espressione alterata nella regione 14q32. Gli elenchi di miRanda e TargetScan sono stati quindi combinati per formare un'unione di obiettivi previsti da entrambi gli algoritmi, oltre a un'analisi più rigorosa che coinvolge l'intersezione di obiettivi identificati sia da miRanda che da TargetScan. I geni selezionati sono stati quindi sottoposti collettivamente all'analisi del percorso usando Gene Set Analysis Toolkit V.2 di WebGestalt (//bioinfo.vanderbilt.edu/webgestalt). 54 L'unione di miRanda e TargetScan ha rivelato una serie di percorsi significativamente arricchiti con rilevanza per la connettività neurale e la plasticità sinaptica, tra cui guida degli assoni, potenziamento a lungo termine, adesione focale, neurotropina, ErbB, calcio e segnalazione di protein chinasi attivate dal mitogeno (Tabella 3 e figura complementare 2). Inoltre, l'approccio di intersezione più rigoroso, utilizzando geni previsti da entrambi gli algoritmi, ha suggerito il coinvolgimento di percorsi neurologicamente rilevanti e di percorsi rilevanti per la funzione del sistema immunitario (Tabella 4 e Figura 3 complementare).

Tabella a grandezza naturale

Tabella a grandezza naturale

Discussione

Un sottogruppo di geni miRNA arricchiti di cervello situati all'interno di un grande cluster impresso sul cromosoma 14q32 sono stati espressi in modo differenziale nella schizofrenia

L'analisi dell'espressione di miRNA post mortem ha precedentemente riportato cambiamenti associati alla schizofrenia sia nel giro temporale superiore che nella corteccia prefrontale. 24, 47, 58 Sebbene l'espressione di miRNA mostri tipicamente un pattern di espressione specifico per stadio e tessuto, abbiamo identificato diversi miRNA arricchiti dal cervello tra cui miR-134, miR-128 e miR-181b che erano anche espressi in modo differenziato nei PBMC da individui con schizofrenia . È plausibile che questi rappresentino una firma neurologicamente rilevante che riflette il fenotipo neuropsichiatrico prevalente. La riduzione di miR-134 è stata particolarmente significativa non solo per il suo ruolo nello sviluppo e nella funzione del cervello, 28, 59, 60, ma anche come conseguenza della sua posizione in un cluster di miRNA espressi in modo differenziato sul cromosoma 14q32.

Gran parte dei miRNA trovati espressi in modo differenziato nella schizofrenia sono codificati all'interno di questo grande cluster sul cromosoma 14q32, che comprende collettivamente oltre il 5% dei geni umani noti del miRNA 61, 62, 63 e circa il 40-50% di tutti gli eutheri noti miRNA specifico. 64 Significativamente, questo locus su 14q32, noto come regione DLK1-DIO3, è stampato in modo tale che il cluster miRNA associato sia espresso solo dal cromosoma materno. 64 Nei topi, la regione sintenica sul cromosoma 12 risiede anche in un dominio impresso espresso esclusivamente dal cromosoma materno. 57 I miRNA sono codificati da due cluster situati vicini l'uno all'altro, il più piccolo dei due a 14q32.2 contiene 10 miRNA, che risiedono nel gene RTL1 simile a retrotrasposone (in antisenso), mentre il cluster più grande noto anche come il cluster miR379-410 contiene circa 40 miRNA. Sebbene la natura della loro organizzazione non sia del tutto chiara negli esseri umani, alcuni dei miRNA in questa regione potrebbero essere elaborati da un singolo grande policistro come Mirg (gene contenente miRNA, noto anche come Meg9), che sembra essere il caso in il topo. Tuttavia, sembra più probabile che la maggior parte dei miRNA in questo cluster sia codificata da array tandem di sequenze introniche correlate. 57, 65

Regolamento del cluster miRNA 14q32

Poiché oltre l'85% dei miRNA espressi in questa regione ha mostrato una tendenza alla downregulation nella schizofrenia, è ragionevole suggerire che queste molecole possano essere co-regolate da un meccanismo condiviso associato al disturbo. Ciò potrebbe riguardare una serie di fattori comuni che influenzano l'attività trascrizionale o l'elaborazione dei miRNA in questa regione. Resta da stabilire il motivo per cui i rimanenti miRNA espressi da questo cluster fossero neutrali rispetto allo stato della malattia, ma potrebbe essere che i geni che codificano queste molecole rispondano maggiormente alle differenze nel loro ambiente trascrizionale locale, che prevalgono sul prevalente cluster a livello influenza. Possono anche mostrare differenze isolate nella loro giunzione o elaborazione della trascrizione primaria, o scissione e maturazione pre-miRNA. È anche possibile che l'influenza regolatoria associata alla schizofrenia osservata per la maggior parte dei miRNA espressi si estenda oltre i cluster di miRNA per influenzare la codifica delle proteine ​​e altri mRNA non codificanti nella regione; tuttavia, non ci sono segnalazioni di questo effetto nella letteratura sulla schizofrenia. Uno studio su tutto il genoma della SM del nostro laboratorio suggerisce che i geni codificanti le proteine ​​in questo dominio (DLK1, RTL1, DIO3 e MEG3) non sono espressi nei linfociti. 66

Gli studi nel topo suggeriscono che l'espressione di miRNA raggruppata su 14q32 negli esseri umani può essere particolarmente sensibile ai cambiamenti nella via della biogenesi del miRNA. Ad esempio, è stato dimostrato che i topi knockout eterozigoti del gene 8 (DGCR8) della regione critica della sindrome di Di George hanno livelli significativamente ridotti di espressione di miRNA maturo dalla regione sintenica sul cromosoma 12 sia nella corteccia prefrontale che nell'ippocampo. 67 Il prodotto di questo gene, uno dei tanti impoveriti nelle sindromi da microdelezione 22q11, è un componente importante del complesso di microprocessori coinvolto nella scissione pri-miRNA nel nucleo. È interessante notare che questi miRNA erano anche sovrarappresentati (∼ 25%) tra i miRNA mostrando una downregulation nei neuroni dopaminergici dallo striato di topi con deficit di Ago2. 68 Una grande percentuale di miRNA da questo cluster contiene anche caratteristiche strutturali primarie e secondarie associate all'elaborazione dipendente dall'attività dicer / Ago2-slicer. 69 Ciò include la preponderanza per una base A / U al terminale 5 'nella sequenza matura (80%) e la preferenza per il miRNA che risiede nel lato 3p delle forcelle precursori (∼ 70%). 68, 70 Ciò ha suggerito che l'elaborazione pre-miRNA dipendente dall'Ago2 69, 71 è particolarmente importante per la biogenesi del miRNA in questo gruppo e può essere associata a cambiamenti osservati nella schizofrenia. Un'altra possibilità è che un fattore di trascrizione associato al cluster 14q32 o altra molecola regolatrice sia responsabile del cambiamento osservato nella schizofrenia. Un esempio di questo è il fattore di trascrizione attivato da Ca 2+ noto come fattore 2 di potenziamento dei miociti (MEF2), che ha dimostrato di regolare positivamente l'espressione di miRNA in questo cluster. 56 isoforme MEF2 hanno anche dimostrato di regolare lo sviluppo neuronale attraverso il loro ruolo nel supportare neuroni di nuova differenziazione e formazione di sinapsi. 72, 73, 74, 75, 76 Abbiamo anche dimostrato che l'espressione dell'isoforma MEF2D è sovraregolata nel differenziare i neuroni in risposta a una riduzione dell'espressione di miRNA della famiglia miR-17. 77 Un'espressione più bassa di MEF2 nel PBMC potrebbe potenzialmente contribuire alla riduzione della trascrizione di questo cluster nella schizofrenia.

Funzione del cluster miRNA 14q32 nella funzione e nello sviluppo del cervello

È stato dimostrato che il cluster miR-379/410 segue uno stadio e un modello di espressione specifici per tessuto simili a quelli di un cluster colocalizzato di snoRNA C / D derivato da un singolo trascritto intronico noto come gene 8 maternamente espresso (RNA impresso e accumulato nel nucleo sul cromosoma di topo 12). 62 Questo è rilevabile in tutto l'embrione di topo in via di sviluppo e nella placenta, è arricchito nel cervello nei topi adulti 29, 57, 62, 78 e può essere significativo per lo sviluppo di funzioni cerebrali più elevate nei mammiferi euteri. 79 La funzione neurale di questo cluster è supportata da recenti ricerche che suggeriscono che l'espressione coordinata di questi miRNA, compresi miR-134 e miR-329, è importante per la funzione e lo sviluppo del cervello. L'attività neuronale nei ratti innesca MEF2, un fattore di trascrizione dipendente dall'attività neuronale Ca 2+ (descritto sopra), per legarsi alla sequenza a monte del più grande dei due cluster e indurre l'espressione di tutti i pre-miRNA al suo interno. 56 Almeno tre membri del cluster co-regolato, tra cui miR-329 e miR-134, che vediamo alterati nella schizofrenia, sembrano regolare la morfologia del dendrite dei neuroni dell'ippocampo. 56 MiR-134 ha anche dimostrato di reprimere lo sviluppo dendritico prendendo di mira LimK1 28 e di attivarlo attraverso il targeting di Pumilio2. 56 È interessante notare che l'espressione di miR-134 è sovraregolata nell'ippocampo di ratto e nell'amigdala a seguito di stress acuto, ma è ridotta durante lo stress cronico. 60 È stato dimostrato che un target predetto di miR-134, fattore di giunzione SC35, è sovraregolato dopo lo stress e si ritiene che promuova la giunzione alternativa di mRNA di acetilcolinesterasi. Pertanto, è possibile che miR-134 e altri miRNA correlati dal cluster 14q32 funzionino come regolatori di neurotrasmissione e plasticità sinaptica dipendenti dallo stress. Ciò è supportato dall'analisi del percorso di geni target previsti per miRNA espressi in modo differenziato in questo cluster, che includeva la guida degli assoni, la regolazione del citoscheletro di actina, il potenziamento a lungo termine, la depressione a lungo termine, l'interazione del ligando-recettore neuroattivo, l'adesione focale, la neurotrofina, bersaglio dei mammiferi di rapamicina, calcio, proteina chinasi attivata da mitogeno e vie di segnalazione ErbB. È stato inoltre ampiamente coerente con le precedenti analisi dei percorsi del cluster umano 14q32 e del cluster miRNA sintetico nel topo, con l'arricchimento dei geni bersaglio coinvolti nella neurogenesi (compresi i processi biologici nella guida degli assoni), lo sviluppo embrionale e processi di sviluppo più generali. 79 Un altro tema interessante che emerge dall'analisi della via era il gran numero di processi immunologicamente rilevanti tra cui endocitosi, fagocitosi mediata da Fcγ R, via di segnalazione Fcɛ RI, via di segnalazione di chemochine, via di segnalazione dei recettori delle cellule T, migrazione transendoteliale dei leucociti e cellula naturale killer- citotossicità mediata. Date le prove che suggeriscono un legame tra l'esposizione ambientale precoce all'infezione / infiammazione e la schizofrenia, l'alterazione dell'espressione di miRNA in questo tessuto e la loro influenza in questi percorsi potrebbe avere un significato funzionale per il sistema immunitario negli individui con il disturbo. L'espressione di miRNA in questo cluster ha anche dimostrato di essere altamente associata alla pluripotenza cellulare. 80 Se questo cluster è coinvolto nella regolazione e nel mantenimento del comportamento delle cellule staminali, la riduzione osservata nella schizofrenia potrebbe avere ampie implicazioni per lo sviluppo sia del sistema immunitario che del sistema nervoso.

I miRNA espressi in modo differenziale sono contenuti all'interno di un locus stampato

L'espressione specifica materna di questa regione è regolata da centri di stampa definiti da una linea germinale intergenica derivata in maniera differenziata (DMR) e dalla MEG3-DMR derivata post-fecondazione (mostrata nella Figura 3). 81 L' espressione differenziale di miRNA raggruppata in questa regione impressa solleva la possibilità che vi sia un effetto genitore di origine associato alla schizofrenia che influenza l'espressione di miRNA da questo cluster simile a quello osservato in un certo numero di altri geni tra cui il recettore 5-idrossitriptamina di tipo 2A 82 e recettore β2 di GABA A. 83 L' imprinting nella regione 14q32 è stato anche implicato nel disturbo bipolare 84, 85 e ansia. 86 Sebbene non sia stata osservata alcuna distorsione di genere nell'espressione del cluster miRNA, i dettagli specifici sullo stato della malattia genitoriale dei partecipanti non erano sufficienti per ricavare l'effetto genitore di origine.

Molte caratteristiche del locus impresso sul 14q32 sono parallele al panorama genetico del 15q11–13, noto per il suo coinvolgimento nella sindrome di Prader-Willi). Questo disturbo dello sviluppo neurologico deriva dall'espressione monoallelica a 15q11–13 come risultato della cancellazione della copia paterna della regione impressa (delPWS), disomia uniparentale materna (mat-upd-15), così come l'imprinting anormale (rivisto da Buiting 87 ) . Le regioni 14q32 e 15q11–13 sono simili in quanto sono entrambe regolate dallo sviluppo attraverso un centro di stampa e contengono geni espressi sia maternamente che paternamente. Le regioni impresse di entrambi i loci codificano anche snoRNA C / D che funzionano come guide per la modifica epigenetica di altri RNA. Gli snoRNA in questi loci sono atipici in quanto mancano di complementarietà al loro RNA vicino. Queste piccole molecole di RNA non codificanti, esclusive degli eutheriani, sono anche arricchite di cervello e trascritte nella stessa direzione, possibilmente da una singola unità di trascrizione. 62, 64, 88, 89, 90 A sostegno di un ruolo di questi loci impressi nello sviluppo neuronale, Leung et al. 90 hanno osservato la decondensazione della cromatina regolata dallo sviluppo dei cluster di snoRNA a 15q11–13 e 14q32 nei topi postnatali e nei neuroni umani.

Gli individui con sindrome di Prader-Willi condividono anche alcune caratteristiche fenotipiche con la schizofrenia come deficit cognitivi, problemi comportamentali e, in alcuni casi, sintomi autistici e psicosi. 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97 Il locus 14q32 è stato anche implicato in altri disturbi con sviluppo alterato e fenotipi comportamentali. Nella schizofrenia sono state riportate anche 98 rare variazioni del numero di copie a 14q32 e 15q11–13. 99, 100, 101, 102 Sebbene la nostra analisi del numero di copie in questa regione non abbia identificato varianti strutturali, questa regione genomica ha chiaramente il potenziale per trasmettere il rischio di disturbi dello sviluppo neurologico, inclusa la schizofrenia.

conclusioni

In questo studio, abbiamo esaminato l'espressione di miRNA associata alla schizofrenia e identificato una correlazione significativa tra miRNA raggruppati in un piccolo dominio impresso su 14q32. Sebbene la causa di questa anomalia non sia nota, potrebbe essere dovuta a un'alterazione della regolazione o dell'elaborazione trascrizionale. I miRNA codificati in questo gruppo si sono evoluti nei mammiferi eutheriani e sembrano avere un ruolo significativo nello sviluppo e nella funzione del cervello. E mentre il significato della loro downregulation nei PBMC nella schizofrenia è meno chiaro, ci sono implicazioni per la funzione dei linfociti che potrebbero contribuire al rischio per il disturbo. In alternativa, questo fenomeno può essere una traccia di una più ampia alterazione della regolazione post-trascrizionale, con maggiore rilevanza per lo sviluppo neurologico. Indipendentemente dal significato funzionale, le firme di espressione di miRNA osservate nei PBMC possono avere il potenziale di fungere da biomarcatori della schizofrenia e dei fenotipi associati.

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