Identification de biomarqueurs pour la spécificité du sexe de la maladie d’Alzheimer sur la base des profils de transcriptome glial

Résumé

Cette étude a analysé les transcriptomes à noyau unique de trente-trois personnes atteintes de la maladie d’Alzheimer (MA), révélant des DEG spécifiques au sexe dans les cellules gliales. L’analyse de l’enrichissement fonctionnel a mis en évidence les voies synaptiques, neuronales et hormonales. Des gènes clés, à savoir NLGN4Y et ses régulateurs, ont été identifiés, et des candidats thérapeutiques potentiels pour la MA spécifique au genre ont été proposés.

Résumé

De nombreux biomarqueurs spécifiques au sexe ont récemment été révélés dans la maladie d’Alzheimer (MA) ; Cependant, les cellules gliales cérébrales ont rarement été signalées. Cette étude a analysé 220 095 transcriptomes à noyau unique du cortex frontal de trente-trois individus atteints de la maladie d’Alzheimer dans la base de données GEO. Des gènes exprimés différentiellement (DEG) spécifiques au sexe ont été identifiés dans les cellules gliales, dont 243 dans les astrocytes, 1 154 dans les microglies et 572 dans les oligodendrocytes. Les analyses d’annotation fonctionnelle de l’ontologie génétique (GO) et les analyses d’enrichissement des voies de l’Encyclopédie de Kyoto des gènes et des génomes (KEGG) ont révélé une concentration fonctionnelle dans les voies synaptiques, neuronales et hormonales. Le réseau d’interaction protéine-protéine (IPP) a identifié MT3, CALM2, DLG2, KCND2, PAKACB, CAMK2D et NLGN4Y dans les astrocytes, TREM2, FOS, APOE, APP et NLGN4Y dans la microglie, et GRIN2A, ITPR2, GNAS et NLGN4Y dans les oligodendrocytes comme gènes clés. NLGN4Y était le seul gène partagé par les trois cellules gliales et a été identifié comme le biomarqueur de la spécificité sexuelle de la MA. Le réseau de corégulation du facteur de transcription génique (TF)-miARN a identifié des régulateurs clés pour NLGN4Y et ses MTC cibles. Ecklonia kurome Okam (Kunbu) et Herba Ephedrae (Mahuang) ont été identifiés, et les effets des ingrédients actifs sur la MA ont été mis en évidence. Enfin, l’analyse de l’enrichissement de Kunbu et Mahuang a suggéré qu’ils pourraient agir comme candidats thérapeutiques pour la spécificité de genre de la MA.

Introduction

La maladie d’Alzheimer (MA) est une maladie mondiale à forte incidence, et elle représente 60 à 80 % des démences¹. Malgré sa forte incidence, la pathogenèse mécaniste de la MA n’est pas clairement délimitée, et il n’y a pas eu de traitements efficaces jusqu’à présent². Les principales pathologies de la MA ont été identifiées comme étant l’atrophie neuronale et l’accumulation de débris pathologiques, principalement la protéine Tau associée aux microtubules, et la β-amyloïde (Aβ)^3,4. La pathogenèse de la MA est associée à une autophagie anormale, un stress oxydati....

Protocole

Les étapes 2 à 9 de l’analyse ont été mises en œuvre à l’aide du logiciel R (voir la figure supplémentaire 1 et le fichier supplémentaire 1), tandis que les autres étapes ont été exécutées sur les plateformes en ligne. Les détails des bases de données utilisées dans ce protocole (ainsi que les liens Web) sont fournis dans la Table des matériaux.

1. Acquisition de données

1. Accédez à la base de données GEO (Gene Expression Omnibus) accessible au public au National Center of Biotechnology Information.
2. Recherchez les données GEO nommé....

Résultats

Analyse SnRNA-seq des profils de transcriptome glial frontal et annotation des types cellulaires
Au total, 220 095 noyaux et 32 077 gènes dans le cortex frontal de 17 MA mâles et 17 DA femelles ont été obtenus (Figure 1A). Le graphique UMAP a visualisé l’ensemble des transcriptomes frontaux des noyaux uniques affichant des types distincts de noyaux après analyse de réduction de dimension (Figure 1B). Le nombre total de noyaux annoté.......

Discussion

La spécificité du genre a été identifiée dans l’épidémiologie, la pathologie et la manifestation clinique de la^COVID-19. Ici, nous avons confirmé le mécanisme pathologique potentiel de « l’axe hormone-synapse-neurone » à partir de gènes gliaux spécifiques au sexe et des voies associées chez les patients atteints de MA. NLGN4Y était le seul gène partagé dans les trois cellules gliales et a été choisi comme biomarqueur de la spécificité sexuelle de la MA. TF et les miARN r?.......

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
Database
Coremine Medical database	Jointly developed by Norway, the Chinese Academy of Sciences, the Chinese Academy of Medical Sciences, the National Medical Library of the United States and other institutions		When you explore concepts in CoreMine Medical you access a database that is structured to relate important concepts, ranked by statistical relevance, to your topic. For example, if you type in "Alzheimer disease," in addition to retrieving documents and resources that discuss the disease, you will be able to view networks and lists that show how your query concept is related to other bio-medical concepts. This provides an overview of concepts that relate to your search as well as being an interface for navigating information on these concepts. Weblink: https://coremine.com/medical/
Gene Expression Omnibus (GEO)	National Center for Biotechnology Information in the United States (NCBI)		GEO is a public functional genomics data repository supporting MIAME-compliant data submissions. Array- and sequence-based data are accepted. Tools are provided to help users query and download experiments and curated gene expression profiles. Weblink: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/
Integrative Pharmacology-based Research Platform of Traditional Chinese Medicine (TCMIP, version: 2.0)	None		Introduction to the Integrated Pharmacology Based Network Computational Research Platform for Traditional Chinese Medicine [TCMIP v2.0], http://www.tcmip.cn/ ) It is an intelligent data mining platform based on the online database of the Encyclopedia of Traditional Chinese Medicine (ETCM), which integrates medical big data management and pharmacological computing services. It aims to reveal the scientific connotation of traditional Chinese medicine theory and the scientific value of original thinking in traditional Chinese medicine, summarize and pass on the experience of famous doctors, control the quality of traditional Chinese medicine, explain the principles of traditional Chinese medicine action, research and development of new Chinese medicine, especially the discovery and optimization of modern drug combinations, Provide a strong data foundation and analytical tools. Based on TCMIP v1.0, a comprehensive upgrade is implemented, including five major databases and seven functional modules. Through system integration and module integration, a comprehensive analysis of the multi-level correlation of the "disease syndrome prescription" interaction network can be quickly achieved. As an intelligent data mining platform, TCMIP v2.0 will provide a strong data foundation and analysis platform for revealing the scientific connotation of traditional Chinese medicine theory and the scientific value of original thinking in traditional Chinese medicine, summarizing and inheriting the experience of famous doctors, quality control of traditional Chinese medicine, elucidating the principles of traditional Chinese medicine action, research and development of new traditional Chinese medicine drugs, especially modern drug combination discovery and optimization. Weblink: http://www.tcmip.cn/TCMIP
NetworkAnalyst	None		Networkanalyze is an online visualization analysis platform for gene expression analysis and meta-analysis. It can perform comparative, quantitative, differential and enrichment analysis of gene expression, protein-protein interaction analysis, integration analysis of multiple datasets, and can also draw high-value images such as PCA, protein-protein interaction network diagram, heatmap, volcano diagram, Wayne diagram, etc. Weblink: https://www.networkanalyst.ca/NetworkAnalyst/
PubMed database	National Center for Biotechnology Information in the United States (NCBI)		The Pubmed database is a biomedical literature database maintained by the National Library of Medicine (NLM) in the United States, aimed at providing the latest medical research results to scientists, doctors, researchers, and students worldwide. This database collects biomedical literature from around the world, including journal articles, papers, books, etc. As of now, the Pubmed database has collected over 30 million articles and is continuously updated every week. Weblink: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/
R software	Ross Ihaka and Robert Gentleman		R is a language and environment for statistical computing and graphics. It is a GNU project which is similar to the S language and environment which was developed at Bell Laboratories (formerly AT&T, now Lucent Technologies) by John Chambers and colleagues. R can be considered as a different implementation of S. There are some important differences, but much code written for S runs unaltered under R. Weblink: https://www.r-project.org/
STRING database (STRING, version 11.0)	Swiss Institute of Bioinformatics		STRING is a database of known and predicted protein interactions. The interactions include direct (physical) and indirect (functional) associations Weblink: https://string-db.org/
Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform (TCMSP)	Zhejiang Jiuwei Health Co., Ltd		TCMSP is not only a data repository, but also an analysis platform for users to comprehensively study Traditional Chinese Medicines (TCM): including identification of active components, screening of drug targets and generation of compounds-targets-diseases networks, as well as the detailed drug pharmacokinetic information involving drug-likeness (DL), oral bioavailability (OB), blood-brain barrier (BBB),intestinal epithelial permeability (Caco-2), ALogP,fractional negative surface area (FASA-) and number of  H-bond donor/acceptor  (Hdon/Hacc). So far, TCMSP has attracted broad attentions and several groups have published more than 10 papers by using our TCMSP database within about one year. Weblink: https://tcmsp-e.com