Dans une étude récente publiée dans celluleLes chercheurs ont examiné 152 459 transcriptomes de microglies provenant de 443 individus, identifiant 12 conditions transcriptionnelles et leur relation avec la maladie d’Alzheimer (MA).
arrière-plan
Les microglies jouent un rôle essentiel dans les cellules cérébrales, modifiant leur état pour contrôler leur activité. Diverses conditions microgliales ont été étudiées dans des modèles de MA, de vieillissement et de souris. La neuroinflammation, la neurodégénérescence et la maladie sont toutes affectées par des conditions microgliales altérées. 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 maladie d’Alzheimer restent inconnues.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont identifié des réseaux de régulation clés prêts à contrôler différents états microgliaux dans le développement de la maladie d’Alzheimer en combinant des profils génétiques et des données de séquençage ATAC mononucléaires (snATAC-seq).
Les chercheurs ont testé la capacité des facteurs de transcription (TF) à contrôler les conditions microgliales dans la maladie d’Alzheimer à l’aide de cellules de type microglie dérivées de cellules souches. Les transcriptomes de microglies provenant d’échantillons cérébraux post-mortem obtenus auprès de 217 patients atteints de MA et de 226 témoins du projet Religious Orders Study/Memory and Aging (ROS/MAP) ont été analysés dans six régions du cerveau, y compris les cortex mésiotemporaux, la zone corticale préfrontale (PFC), l’hippocampe, gyrus angulaire, thalamus et cortex entorhinal.
Au total, 174 420 cellules immunitaires ont été générées à l’aide de gènes spécifiques connus à partir des ensembles de données snRNA-seq du cerveau. Les groupes ont été caractérisés comme des états de microglies discrets en fonction de leurs signatures moléculaires et de leurs activités, et ces états de microglies ont été comparés à un ensemble de données précédemment publié et aux états du transcriptome des microglies de souris.
Dans le PFC, la signification statistique des différences cellulaires fractionnaires entre les individus témoins et les individus atteints de MA précoce et tardive a été testée, et une analyse de corrélation entre les rapports d’état microglial et plusieurs variables pathologiques dans le PFC a été réalisée pour étudier l’association de ces états avec une MA spécifique. . – Maladies associées et facteurs de confusion.
Grâce à l’immunohistochimie (IHC) et à l’hybridation in situ RNAscope, les chercheurs ont vérifié expérimentalement l’enrichissement d’états transcriptionnels importants dans le cerveau humain atteint de MA. Ils ont également utilisé l’analyse d’enrichissement pour identifier 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) simple brin provenant de tissus cérébraux humains post-mortem provenant d’un petit nombre d’individus du même groupe pour étudier les régulateurs en amont qui pilotent différents états microgliaux.
Une analyse de l’ontologie des gènes (GO), une analyse du réseau de co-expression et une analyse de la lignée cellulaire ont également été réalisées. Des cellules de type microglie (iMGL) ont été générées à partir de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) pour des investigations de poursuite d’impulsions. L’équipe a identifié des facteurs de transcription (TF) en utilisant l’enrichissement de motifs dans des pics d’état génétiquement définis et a construit des réseaux de régulation ciblant les TF.
Pour approfondir les connaissances sur la relation entre les affections microgliales et la génétique de la maladie d’Alzheimer, les chercheurs ont identifié les QTL d’expression génique (eQTL) dans la microglie et ont réalisé une étude d’association à l’échelle du transcriptome (TWAS) pour étudier les liens entre l’expression génique et la maladie d’Alzheimer. De plus, les chercheurs ont examiné ces conditions et leurs associations possibles avec des changements génétiques à l’aide des statistiques de l’étude d’association pangénomique (GWAS). Ils ont également étudié l’incidence relative des microglies dans la maladie d’Alzheimer, en se concentrant sur la nécessité de vérifier la progression de la maladie.
résultats
Les chercheurs ont examiné 12 états transcriptionnels des microglies, notamment le traitement des lipides, l’homéostasie et l’inflammation associés à la maladie d’Alzheimer. 1 542 gènes différentiellement exprimés (DEG) de la maladie d’Alzheimer ont été détectés, 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 homéostatiques prévus 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’inflammasome empêche le développement de l’inflammation.
Les auteurs ont proposé que le changement d’état puisse être médié par les activités transcriptionnelles de facteurs de transcription régulateurs clés et ont présenté un modèle dans lequel l’activité de ces facteurs pourrait influencer différents états cellulaires. Les résultats indiquent que le métabolisme lipidique et l’inflammation sont deux processus inextricablement liés qui jouent un rôle essentiel dans la contribution des microglies à la pathogenèse de la maladie d’Alzheimer. Au cours de la progression de la maladie, les processus inflammatoires semblent précéder la régulation lipidique dans la microglie, selon des analyses différentielles spécifiques à la condition et au stade.
Les microglies activées perturbent le fonctionnement de la barrière hémato-encéphalique (BBB) en générant des substances inflammatoires qui provoquent une hyperperméabilité de la BBB dans les troubles cérébraux. Des états distincts des cellules gliales étaient associés à des signaux GWAS significatifs dans le lupus, la colite ulcéreuse et les triglycérides, mais pas dans diverses maladies cérébrales.
L’influence génétique de la maladie d’Alzheimer sur l’expression des gènes est sensible au temps, ce qui implique la nécessité de traitements spécifiques à chaque stade. Seuls trois gènes, l’apolipoprotéine E (APOE), l’intégrase de pont 1 (BIN1) et la protéine d’assemblage de clathrine liant le phosphatidylinositol (PICALM), étaient des gènes à risque pour la MA et le TWAS, démontrant leur importance dans le contexte de la MA. Les états de l’épigénome n’ont pas suffisamment capturé l’éventail des états du transcriptome microglial dans le cerveau humain, tel que défini par les signatures DAM.
Conclusion
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont démontré un lien entre les affections microgliales et les facteurs pathologiques et cliniques, les stades de la maladie et la génétique de la maladie d’Alzheimer. Ils fournissent une clarté inégalée dans la caractérisation des altérations transcriptionnelles liées aux affections microgliales, qui se produisent d’une manière spécifique au stade de la maladie. Ceci fournit un plan détaillé pour créer des médicaments contre la neuroinflammation avec une spécificité de stade de la maladie, soulignant le bénéfice potentiel des thérapies spécifiques à un stade de la maladie d’Alzheimer.
