Μέρος 2: Διακεκριμένες γενετικές υπογραφές των περιοχών του φλοιού και του υποφλοιού που σχετίζονται με την ανθρώπινη μνήμη
Mar 21, 2022
Επικοινωνία: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Email:audrey.hu@wecistanche.com
Βιβλιογραφική ανασκόπηση των γενετικών υπογραφών
Για να ποσοτικοποιηθεί ο αριθμός των υποψηφίων γονιδίων "χτυπήματα" για τομνήμηανάλυση, πραγματοποιήσαμε βιβλιογραφική ανασκόπηση για κάθε λίστα γονιδίων CL και μετρήσαμε τον αριθμό των γονιδίωνμνήμη(δηλαδή, αληθινά θετικά) ή συσχετίσεις γονιδιακής-κινητικής λειτουργίας (δηλ. ψευδώς θετικά, Εικ. 1ΣΤ). Αυτό έγινε με την ανασκόπηση της πειραματικής βιβλιογραφίας στο Google Scholar, μέσω ενός ερωτήματος αναζήτησης: ["όνομα γονιδίου" AND ("μνήμη" Ή "αμνησία" Ή "Αλτσχάιμερ" Ή "άνοια")] και ["όνομα γονιδίου" ΚΑΙ ("κινητήρας λειτουργία" Ή "κινητικός συντονισμός" Ή "κινητικός συντονισμός" Ή "αταξία" Ή "κινητική μάθηση" Ή "πάρκινσον" Ή "χάντινγκτον")], αντίστοιχα. Το ίδιο επαναλήφθηκε για την ανάλυση κινητήρα για τα αντίστοιχα αληθινά θετικά και ψευδώς θετικά. Οι διαταραχές επιλέχθηκαν για αναζήτηση λέξεων-κλειδιών επειδή παρουσιάζουν εμφανώς ελλείψεις στη μνήμη και στην κινητική λειτουργία. Ισχυρά στοιχεία περιελάμβαναν μελέτες που χρησιμοποίησαν in vivo χειρισμούς γονιδίων, μεταλλάξεις και φαρμακολογικές παρεμβάσεις, ενώ αδύναμα στοιχεία περιελάμβαναν υπολογιστικές γονιδιακές συσχετίσεις, in vitro μελέτες, μελέτες διαφορικής γονιδιακής έκφρασης και μελέτες περιπτώσεων σε ανθρώπους. Τα στοιχεία της βιβλιογραφίας υπολογίζονταν ως επικύρωση μόνο εάν εμπλέκουν την αντίστοιχη περιοχή του εγκεφάλου, π.χ. φλοιώδη ή υποφλοιώδη. Ως εκ τούτου, τα στοιχεία του ρόλου ενός δεδομένου γονιδίου αποκλειστικά στη μη αναλυθείσα περιοχή του εγκεφάλου δεν μετρήθηκαν. Για παράδειγμα, εάν μια εργασία έδειχνε ότι η εξάλειψη του γονιδίου Α αποκλειστικά στον υποφλοιό οδηγεί σε ελλείμματα μνήμης, δεν θα μετρούσε ως απόδειξη για την ανάλυση της φλοιώδους μνήμης.
Το Cistanche μπορεί να βελτιώσει τη μνήμη
Διαφορά συσχέτισης στη μνήμη και τις κινητικές αναλύσεις
Εάν η μέθοδος είναι έγκυρη, τα γονίδια μνήμης θα πρέπει να έχουν υψηλότερη μέση τιμή συσχέτισης από τομνήμηανάλυση σε σύγκριση με την ανάλυση κινητήρα και αντίστροφα για τα κινητικά γονίδια και την τιμή r της ανάλυσης κινητήρα. Για κάθε γονίδιο, αυτό υπολογίστηκε αφαιρώντας την τιμή της κινητικής συνάρτησης r από την τιμή r μνήμης, με μια θετική διαφορά να υπολογίζεται στην αποτελεσματικότητα της μεθόδου (Εικ. 1G). Σημειώστε ότι για τις τιμές μνήμης r από τις λίστες αρνητικών γονιδίων (π.χ. μνήμη φλοιώδους -), πολλαπλασιάζουμε τη διαφορά τιμής r με –1 για να εκφράσουμε αυτή τη διαφορά ως θετική τιμή, σύμφωνα με τις λίστες γονιδίων θετικής μνήμης. Στη συνέχεια λαμβάνουμε τον μέσο όρο όλων των γονιδίων για κάθε σύνολο S που ικανοποιούν το FDR q 0.05 (ίδιο όριο με την απεικόνιση του χάρτη εμπλουτισμού) για να λάβουμε επτά τέτοιες τιμές. Καθώς ο αριθμός των γονιδίων ανά σύνολο S είναι διαφορετικός, βάλαμε τον αριθμό των τιμών διαφοράς συσχέτισης που χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό της μέσης τιμής διαφοράς συσχέτισης ανά σύνολο. Αυτό έγινε χωριστά για τις αναλύσεις μνήμης και κινητήρα με επανειλημμένη υποδειγματοληψία των διαφορών συσχέτισης (10,000 επαναλήψεις) στον ελάχιστο αριθμό γονιδίων στη μνήμη (n 231) και σετ κινητήρων (n 146), αντίστοιχα. Το οραματίσαμε ως ένα πλαίσιο για καθένα από τα επτά σετ, με τον μέσο όρο εκκίνησης και το 95ο εκατοστημόριο (μουστάκια) για αναλύσεις μνήμης και κινητήρα. Εάν η γραμμή βάσης δεν εμπίπτει στην κατανομή του 95ου εκατοστημόριου (δηλαδή, τα μουστάκια δεν επικαλύπτονται με τη γραμμή βάσης του μηδέν), η βαθμολογία θεωρείται σημαντικά διαφορετική από τη βασική γραμμή (ρ 0,05).
Αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας της μεθόδου στον εντοπισμό υποψήφιων γονιδίων
Ποσοτικοποιήσαμε την αποτελεσματικότητα της μεθόδου με βάση την προηγούμενη βιβλιογραφική ανασκόπηση (Εικ. 1G). Για να γίνει αυτό, υπολογίσαμε την πιθανότητα πιθανότητας λήψης Νμνήμηγονίδια ανά λίστα γονιδίων. Αυτό γίνεται επιλέγοντας Nμνήμηγονίδια (χωρίς αντικατάσταση) από τη δεξαμενή γνωστής μνήμης ήμνήμη-σχετιζόμενα γονίδια διαταραχών (n 644) και από τα 15.625 γονίδια που αναλύθηκαν. Για παράδειγμα, εάν 10 στα 10 γονίδια στη λίστα γονιδίων είναι γονίδια μνήμης, η πιθανότητα να συμβεί αυτό είναι 1.32 10 14. Το ίδιο έγινε αναλόγως για την κινητική λειτουργία και τα γονίδια κινητικής λειτουργίας (n 104). Αυτά ταμνήμηΤα γονίδια συγκεντρώθηκαν από τρεις πηγές: (1) την βιβλιογραφική ανασκόπηση παραπάνω. (2) το σύνολο γονιδίων βιολογικής λειτουργίας "GO:0007611 Learning or memory," από τη βάση δεδομένων AmiGO2 (Carbon et al., 2009; έκδοση 2.4.26, ημερομηνία κυκλοφορίας 2016-08). και (3) van Cauwenberghe et al. (2016). Τα σχετιζόμενα με τον κινητήρα γονίδια (κινητική ή σχετιζόμενη με κινητήρα διαταραχή) ελήφθησαν από (1) την βιβλιογραφική ανασκόπηση παραπάνω, (2) τα σύνολα γονιδίων βιολογικής λειτουργίας "GO: 0061743 κινητική μάθηση" και "GO:0061744 κινητική συμπεριφορά" από τη βάση δεδομένων AmiGO2 (Carbon et al., 2009) και (3) Lin and Farrer (2014).
Το σκορ ακριβείας για αναλύσεις μνήμης και κινητήρα
Ζητήσαμε, δεδομένομνήμηλίστα γονιδίων με γονίδια που επισημαίνονται ωςμνήμηγονίδια, με πόσα από αυτά σχετίζονται στην πραγματικότηταμνήμη. Το προσδιορίσαμε ποσοτικά υπολογίζοντας ένα σκορ ακριβείας (Εικ. 1G). Προσδιορίσαμε πρώτα τα αληθινά θετικά (δηλαδή, γονίδια που σχετίζονται με τη μνήμη από την ανασκόπηση της βιβλιογραφίας) και τα ψευδώς θετικά (δηλαδή, γονίδια που σχετίζονται με την κινητική λειτουργία). Τα στοιχεία της βιβλιογραφίας σταθμίστηκαν έτσι ώστε για τα αληθινά θετικά στοιχεία, τα ισχυρά στοιχεία και τα αδύναμα στοιχεία (που ορίζονται παραπάνω) έλαβαν πλήρη βαθμό και μισό βαθμό αντίστοιχα. Για κάθε λίστα γονιδίων, στη συνέχεια προσδιορίσαμε τη βαθμολογία ακριβείας της μεθόδου διαιρώντας τα "αληθινά θετικά" με το άθροισμα των αληθινών θετικών και των ψευδώς θετικών (Εξ. 1,2). Εάν η μέθοδος είναι ακριβής, για τις αναλύσεις μνήμης, οι βαθμολογίες ακρίβειας μνήμης θα πρέπει να είναι πάνω από 0,5 και μια βαθμολογία κινητήρα κάτω από 0,5 και αντίστροφα. Σχεδιάσαμε τις βαθμολογίες ακρίβειας μνήμης και κινητήρα για κάθε λίστα γονιδίων (που κυμαίνονται από 0 έως 1) και τη διαφορά μεταξύ αυτών των βαθμολογιών (από -1 έως 1). Στην ιδανική περίπτωση, η διαφορά θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από το μηδέν. Στις παρακάτω εξισώσεις, Μνήμες αριθμός γονιδίων με ισχυρές ενδείξεις για τη συσχέτισή του με τη μνήμη. Αριθμός μνήμης γονιδίων με ασθενή στοιχεία για τη συσχέτισή του με τη μνήμη. Κινητικός αριθμός γονιδίων με ισχυρές ενδείξεις για τη συσχέτισή του με την κινητική λειτουργία. και αριθμός γονιδίων Motorw με ασθενή στοιχεία για τη συσχέτισή του με την κινητική λειτουργία.
Δήλωση διαθεσιμότητας δεδομένων
Όλα τα δεδομένα γενετικής και νευροαπεικόνισης που χρησιμοποιούνται είναι διαθέσιμα από το AHBA (https://human.brain-map.org) και το Neu-rosynth (https://www.neurosynth.org). Τα σενάρια για την προεπεξεργασία του μεταγραφήματος είναι διαθέσιμα στη διεύθυνση https://github.com/BMHLab/AHBAprocessing. Τα σενάρια συσχέτισης και τα δεδομένα εισόδου είναι διαθέσιμα για μη εμπορική χρήση στο Extended Data 1 και στη διεύθυνση https://github.com/PK-HQ/ geneCognitionDiscovery.
Αποτελέσματα
Χάρτες AHBA και Neurosynth
Για τον εντοπισμό ενήλικου ανθρώπου ολόκληρου του εγκεφάλουμνήμηγονίδια, χρειάστηκε πρώτα να διεξαγάγουμε τη χωρική ανάλυση συσχέτισης μεταξύ τρισδιάστατης νευροαπεικόνισης υψηλής ανάλυσης και χαρτών μεταγραφής του ενήλικου ανθρώπινου εγκεφάλου. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιήσαμε το μεταγραφικό AHBA υψηλής πυκνότητας, ολόκληρου του ανθρώπινου εγκεφάλου και το Neurosynthμνήμηχάρτης συσχέτισης της συσχέτισης κάθε voxel με τη μνήμη γενικά ως σύνολα δεδομένων εισόδου (Yarkoni et al., 2011).
Το AHBA προήλθε από έξι εγκεφάλους δότη και περιέχει έκφραση γονιδίου ανθρώπινου εγκεφάλου ολόκληρου του γονιδιώματος στην αριστερή φλοιώδη και υποφλοιώδη περιοχή (Ν 6, Εικ. 1Α, βλέπε παράδειγμα οπτικοποίησης στο Εκτεταμένα Δεδομένα Σχήμα 1-1· Hawrylycz et al. , 2012). Ο ΝευροσύνθοςμνήμηΟ χάρτης συσχέτισης είναι ένας χάρτης μετα-μελέτης (N 2744) που αντιπροσωπεύει τη συνάφεια κάθε εγκεφαλικού voxel γιαμνήμη(σε αντίθεση με άλλες γνωστικές λειτουργίες), που καθορίζονται από θετικές βαθμολογίες z (Εικ. 1Α, βλ. απεικόνιση χαρτών μνήμης και κινητικών λειτουργιών στο Εκτεταμένα Δεδομένα Εικ. 1-2· Yarkoni et al., 2011). Σημειώστε ότι η χρήση τουμνήμηΕδώ αναφέρεται στη μνήμη γενικά, καθώς ο χάρτης κατασκευάστηκε από μελέτες νευροαπεικόνισης που σχετίζονται με τη μνήμη που χρησιμοποιούν πολλαπλούς τύπους εργασιών μνήμης (Yarkoni et al., 2011). Συν-καταχωρίσαμε και τους δύο χάρτες σε έναν κοινό χώρο MNI152. Οι περιοχές μνήμης στον χάρτη συσχέτισης μνήμης χρησιμοποιήθηκαν για τον καθορισμό των χρησιμοποιήσιμων δειγμάτων AHBA για την επακόλουθη ανάλυση χωρικής συσχέτισης.
Ανάλυση χωρικής ομοιότητας
Χρησιμοποιώντας αυτά τα σύνολα δεδομένων, επιδιώξαμε να απομονώσουμε τα γονίδια με υψηλές τιμές χωρικής συσχέτισης μεταξύ της γονιδιακής τους έκφρασης καιμνήμηχάρτες όρων για τα επόμενα βήματα ανάλυσης, καθώς πιθανότατα σχετίζονται με τη μνήμη (Fox et al., 2014). Πραγματοποιήσαμε τη χωρική ανάλυση ομοιότητας μεταξύ των χαρτών συσχέτισης AHBA και Neurosynth ξεχωριστά για φλοιώδεις και υποφλοιώδεις περιοχές λόγω των έντονων διαφορών τους (βλ. Εισαγωγή, η λίστα των φλοιωδών και υποφλοιωδών περιοχών είναι διαθέσιμη στο Extended DataFig. 1-3) και για μνήμη και κινητική λειτουργία (βλ. παράδειγμα χωρικής συσχέτισης στην Εικ. 2). Κάθε ανάλυση έδωσε μια λίστα L, η οποία περιείχε τις μέσες τιμές συσχέτισης 15.625 γονιδίων που χρησιμοποιήθηκαν για την επόμενη κατάταξη (Εικ. 1Β).
Στη συνέχεια κατατάξαμε κάθε λίστα L. Μια θετική συσχέτιση υποδηλώνει υψηλότερη γονιδιακή έκφραση σε περιοχές σχετικές μεμνήμη, και μια αρνητική συσχέτιση συνεπάγεται χαμηλότερη έκφραση σε περιοχές σχετικές με τη μνήμη. Τα κορυφαία-10 θετικά και αρνητικά συσχετισμένα γονίδια για τις αναλύσεις φλοιού και υποφλοιώδους μνήμης εμφανίζονται στον Πίνακα 1 (δείτε την τιμή χωρικής συσχέτισης όλων των γονιδίων στον Εκτεταμένο Πίνακα Δεδομένων 1-1). Υπήρχαν περισσότερα αρνητικά συσχετισμένα γονίδια παρά θετικά συσχετισμένα γονίδια τόσο για τις φλοιώδεις όσο και για τις υποφλοιώδεις αναλύσεις της μνήμης (Εκτεταμένος πίνακας δεδομένων 1-1). Βρήκαμε 8383 θετικά και 7243 αρνητικά συσχετισμένα γονίδια για τις περιοχές του φλοιού και 7642 θετικά και 7984 αρνητικά γονίδια για τις υποφλοιώδεις περιοχές.
Διακεκριμένα προφίλ γονιδιακής έκφρασης που σχετίζονται με τη φλοιώδη και υποφλοιώδη μνήμη
Μετά τις αναλύσεις χωρικής συσχέτισης, στοχεύσαμε να ορίσουμε τα προφίλ γονιδιακής έκφρασης που σχετίζονται με φλοιώδη και υποφλοιώδημνήμημε ολοκληρωμένο τρόπο. Για να αναγνωρίσουμε και να χαρακτηρίσουμε σύνολα γονιδίων που λειτουργούν προς μια κοινή βιολογική λειτουργία (δηλαδή, σύνολα γονιδίων), αναλύσαμε καθεμία από τις φλοιώδεις και υποφλοιώδεις λίστες L με GSEA προκαταταχθείσα (Εικ. 1C). Αυτό απέδωσε θετικά και αρνητικά σύνολα γονιδίων, που προέρχονται από τα θετικά και αρνητικά συσχετισμένα γονίδια του L, αντίστοιχα. Αυτά τα σύνολα γονιδίων στη συνέχεια ομαδοποιήθηκαν σε λειτουργικά σχετιζόμενα συμπλέγματα και σχολιάστηκαν αυτόματα με βιολογικά θέματα (Cline et al., 2007· Merico et al., 2010· Oesper et al., 2011).
Συνολικά, ο φλοιός και ο υποφλοιός είχαν ξεχωριστά βιολογικά θέματα που είχαν προηγουμένως βρεθεί σχετιζόμενα με τη μνήμη. Για φλοιώδημνήμη, η GSEA αποκάλυψε 28 θετικά και 29 αρνητικά σημαντικά εμπλουτισμένα σύνολα γονιδίων. Η οπτικοποίηση του δικτύου εμπλουτισμού έδειξε ότι αυτά τα σύνολα γονιδίων ομαδοποιήθηκαν σε πέντε διακριτές συστάδες (Εικ. 3, τα πλήρη αποτελέσματα GSEA είναι στο Εκτεταμένα Δεδομένα Σχήμα 3-1), με σύνολα γονιδίων σε κάθε συστάδα να μοιράζονται εμπλουτισμένα γονίδια. Αυτά τα σύνολα γονιδίων βρέθηκαν να σχετίζονται με τη μνήμη. Το θετικό σύμπλεγμα P1 περιείχε σύνολα γονιδίων που εμπλέκονται στην ανοσολογική απόκριση και στη σηματοδότηση του υποδοχέα Fc (Fernandez-Vizarra et al., 2012· Marin and Kipnis, 2013). Το P2 ενεπλάκη στη σηματοδότηση ιντερφερόνης-γάμα (Litteljohn et al., 2014), το P3 στη διαμεμβρανική μεταφορά ιόντων ασβεστίου και το P4 στη συναρμολόγηση νήματος ακτίνης (Krucker et al., 2000; Lamprecht, 2011). Το αρνητικό σύμπλεγμα N2 περιείχε σύνολα γονιδίων που εμπλέκονται στη δυναμική της χρωματίνης, την επιγενετική ρύθμιση και τη διαφοροποίηση των ανοσοκυττάρων (Kim and Kaang, 2017).
Για υποφλοιώδημνήμη, η GSEA αποκάλυψε 50 θετικά και 14 αρνητικά σημαντικά εμπλουτισμένα σύνολα γονιδίων. Η οπτικοποίηση του δικτύου εμπλουτισμού έδειξε ότι αυτά τα σύνολα γονιδίων ομαδοποιήθηκαν σε τρία διακριτά συμπλέγματα (Εικ. 4, τα πλήρη αποτελέσματα GSEA βρίσκονται στο Εκτεταμένα Δεδομένα Σχήμα 4-1). Ομοίως, αυτά τα σύνολα γονιδίων βρέθηκε να σχετίζονται μεμνήμη. Το θετικό σύμπλεγμα P1 εμπλέκεται στη συναπτική μετάδοση και τη συναπτική πλαστικότητα. Περιλάμβανε επίσης σύνολα γονιδίων που εμπλέκονται στην ενδοκυττάρωση και την εξωκυττάρωση, την έκκριση νευροδιαβιβαστών, τη μακροπρόθεσμη ενίσχυση (Stuchlik, 2014), τη σηματοδότηση υποδοχέα γλουταμικού και τη μορφογένεση προβολής νευρώνων (Kasai et al., 2010). Το αρνητικό σύμπλεγμα N1 σχετίζεται με τις διαδικασίες μεταγραφής και μετάφρασης (Jarome and Helmstetter, 2014; Alberini and Kandel, 2015) και το σύμπλεγμα N2 με τη διαφοροποίηση των γλοιακών κυττάρων και των ολιγοδενδροκυττάρων (Hertz and Chen, 2016; Pepper et al., 2018).
Εικόνα 2. Ένα παράδειγμα εξόδου ανάλυσης χωρικής ομοιότητας. Τα επίπεδα έκφρασης του κορυφαίας συσχέτισης του φλοιώδους γονιδίου, GRB14, απεικονίζονται ως συνάρτηση της σχέσης voxel του χάρτη Neurosynth μεμνήμησυνάρτηση (ζ βαθμολογία). Ομαλοποιημένη γονιδιακή έκφραση (άξονας γ) σχεδιάστηκε έναντι των βαθμολογιών z του χάρτη νευροαπεικόνισης (άξονας x). Κάθε έγχρωμη γραμμή παλινδρόμησης αντιπροσωπεύει την καλύτερη γραμμή για κάθε έναν από τους έξι δότες (χρώματα). η ημιδιαφανής ζώνη γύρω από κάθε γραμμή αντιπροσωπεύει την εκτίμηση του διαστήματος εμπιστοσύνης 95 τοις εκατό.
Για να εντοπίσουμε διαφορές και επικαλύψεις στα φλοιώδη και υποφλοιώδη γενετικά προφίλ, εντοπίσαμε και χαρακτηρίσαμε τις διαφορετικές και κοινές (1) βιολογικές διεργασίες όπως φαίνεται στους χάρτες εμπλουτισμού και (2)μνήμηγονίδια (δηλαδή, όλα τα γονίδια που βρίσκονται σε 1 εμπλουτισμένο σύνολο γονιδίων· Εικ. 1D). Βρήκαμε μια χαμηλή επικάλυψη 2,5 τοις εκατό των συνόλων γονιδίων (N 3) και 9,6 τοις εκατό των γονιδίων (N 135) μεταξύ των περιοχών του φλοιού και του υποφλοιού (Εικ. 5. Ο πλήρης κατάλογος των διακριτών και επικαλυπτόμενων γονιδίων βρίσκεται στο Extended DataFig. {{9). }}). Τα επικαλυπτόμενα γονίδια εμπλέκονται σε διαδικασίες μεταφοράς πρωτεϊνών που σχετίζονται με τη μνήμη, μεταγραφική ρύθμιση, συναπτική πλαστικότητα και σηματοδότηση υποδοχέα γλουταμικού (Peng et al., 2011; Rosenberg et al., 2014; Alberini and Kandel, 2015; Πίνακας 2; πλήρης απόδοση σύνολα γονιδίων και γονίδια από το Top-pGene στον Εκτεταμένο Πίνακα Δεδομένων 2-1). Αυτά περιλαμβάνουν γονίδια που εμπλέκονται στο σύμπλεγμα Arp2/3, GABA και AMPA διαύλους ιόντων που καλύπτονται από συνδέτη που είναι κρίσιμα για τη λειτουργία της μνήμης (Gasbarri and Pompili, 2014; Basu et al., 2016; Takemoto et al., 2017; Extended Data Table { {23}}). Τα ειδικά γονίδια του φλοιού εμπλέκονται σε διαδικασίες που σχετίζονται με τη μνήμη, όπως η επισκευή του DNA, η επιγενετική ρύθμιση, η ανοσία και η σηματοδότηση IFN (Marin and Kipnis, 2013; Litteljohn et al., 2014; Kim and Kaang, 2017; Hou et al., 2018 ; Εκτεταμένος Πίνακας Δεδομένων 2-1). Τα ειδικά για τον υποφλοιό γονίδια εμπλέκονται στη νευρογένεση, τη μορφογένεση των δενδριτών, τη διαφοροποίηση των νευρογλοιακών κυττάρων και τη μυελίωση (Hertz and Chen, 2016; Kao et al.,
Εικόνα 3. Οπτικοποίηση χάρτη εμπλουτισμού για φλοιώδημνήμη. Οι ομάδες επισημαίνονται με P για θετικό, N για αρνητικό. Οι συστάδες συνόλων γονιδίων βρέθηκαν να σχετίζονται μεμνήμη. Οι θετικές ομάδες συσχετίστηκαν με την ανοσολογική σηματοδότηση, τη μεταφορά ασβεστίου και τη συγκρότηση νήματος ακτίνης. Το αρνητικό σύμπλεγμα περιείχε σύνολα γονιδίων που εμπλέκονται στη δυναμική της χρωματίνης και στην επιγενετική ρύθμιση. Ανατρέξτε στο Εκτεταμένο Σχήμα Δεδομένων 3-1 για το πλήρες αποτέλεσμα από το GSEA Pre-ranked.
2018; Pepper et al., 2018; Εκτεταμένος Πίνακας Δεδομένων 2-1). Σημειώστε ότι το ίδιο σύνολο γονιδίων μπορεί να εμφανιστεί τόσο στις ειδικές για το φλοιό όσο και στις ειδικές για τον υποφλοιό βιολογικές διεργασίες. Για παράδειγμα, τομνήμηΤα σύνολα γονιδίων εμπλουτίζονται και στις δύο περιοχές, αλλά σε κάθε περίπτωση, ο εμπλουτισμός συνόλου γονιδίων καθορίζεται από διαφορετικά γονίδια (Εκτεταμένος Πίνακας Δεδομένων 2-1). Αυτό οφείλεται στο ότι διαφορετικά γονίδια μπορεί να σχετίζονται με, και επομένως να αυξήσουν τον εμπλουτισμό για το ίδιο σύνολο γονιδίων βιολογικής διεργασίας.
Πυρήνα διαφορικά εκφραζόμενα γονίδια που σχετίζονται με φλοιώδη και υποφλοιώδημνήμη
Για να προσδιορίσετε την κορυφή-10μνήμηγονίδια που πιθανότατα συνδέονται με τον άνθρωπομνήμηλειτουργίαγια μελλοντική πειραματική έρευνα, εντοπίσαμε γονίδια που σχετίζονται με πολλαπλά σύνολα γονιδίων που ελήφθησαν παραπάνω με το LEA (Εικ. 1Ε; Subramanian et al., 2005; Darby et al., 2016; Fleming and Miller, 2016). Προηγούμενη εργασία έχει δείξει ότι τέτοια γονίδια που οδηγούν τον εμπλουτισμό πολλαπλών συνόλων γονιδίων σχετίζονται πιθανότερα με τον αναλυόμενο φαινότυπο, δηλαδή τη λειτουργία μνήμης σε αυτή την περίπτωση (Subramanian et al., 2005; Darby et al., 2016; Fleming and Miller, 2016). Ο συνδυασμός GSEA και LEA ήταν προηγουμένως αποτελεσματικός στον εντοπισμό γενετικών υπογραφών των γνωστικών λειτουργιών (Thomassen et al., 2008· Ersland et al., 2012· Lee et al., 2013), συμπεριλαμβανομένης της επεισοδιακής και της μνήμης εργασίας (Heck et al., 2014;
Linksys et al., 2015). Εφαρμόσαμε το LEA στα παραπάνω σύνολα γονιδίων με θετική και αρνητική βαθμολογία, ακολουθούμενη από την επιλογή των κορυφαίων-10 γονιδίων που εμφανίζονται πιο συχνά στα υποσύνολα αιχμής των συνόλων γονιδίων. Αυτά τα γονίδια στη συνέχεια επικυρώθηκαν με τη βιβλιογραφία ζωικών μοντέλων, η οποία ταξινομήθηκε ως ισχυρά ή αδύναμα στοιχεία που υποστηρίζουν τη σύνδεση μεταξύ του γονιδίου και της λειτουργίας μνήμης (Εικ. 1 ΣΤ). Ισχυρές ενδείξεις περιελάμβαναν μελέτες χειραγώγησης γονιδίων ή φαρμακευτικής αγωγής, π.χ. γονιδιακή εξάλειψη που οδήγησε σε αλλοίωση της μνήμης. Τα αδύναμα στοιχεία περιελάμβαναν συσχετιστικές ή υπολογιστικές μελέτες, όπως η γονιδιακή ανοδική ρύθμιση που συσχετίστηκε με ενισχυμένημνήμηεκτέλεση.
Για φλοιώδημνήμη, εννέα από τα 10 θετικά συσχετισμένα γονίδια είχαν προηγουμένως εμπλακείμνήμηλειτουργία(Πίνακας 3, πλήρης λίστα γονιδίων μνήμης του φλοιού και ανασκόπηση βιβλιογραφίας Extended DataTable 3-1, πλήρης έξοδος LEA στον Extended Data Table 3-2). Genes PRKCD (Etcheberriga-ray et al., 2004; Conboy et al., 2009), RAC1 (Haditsch et al., 2009; Oh et al., 2010), LIMK1 (Todorovski et al., 2015) και CDC42 ( Οι Kim et al., 2014· Zhang et al., 2016) είχαν ισχυρούς συσχετισμούς με τη μνήμη. Για τα αντίστοιχα αρνητικά συσχετισμένα υποψήφια γονίδια, και τα 10 γονίδια είχαν ισχυρές ενδείξεις που υποστηρίζουν τον ρόλο τους στη μνήμη. Όλα αυτά ήταν γονίδια που κωδικοποιούσαν την πρωτεΐνη ιστόνης Η4, η οποία συνδέθηκε με την απόδοση της μνήμης (Peleg et al., 2010). Η απορρύθμιση της ακετυλίωσης της ιστόνης Η4 σε ηλικιωμένα ποντίκια συνδέθηκε με εξασθένηση της μνήμης και η αποκατάσταση αυτής της ρύθμισης βελτίωσε τη μνήμη τους.
Εικόνα 4. Οπτικοποίηση χάρτη εμπλουτισμού για υποφλοιώδη μνήμη. Οι ομάδες επισημαίνονται με P για θετικό, N για αρνητικό. Οι ομάδες γονιδιακών συνόλων βρέθηκαν να σχετίζονται με τη μνήμη. Οι θετικές συστάδες συσχετίστηκαν με συναπτική μετάδοση, μακροπρόθεσμη πλαστικότητα, σηματοδότηση γλουταμικού και μορφογένεση νευριτών. Οι αρνητικές ομάδες περιελάμβαναν σύνολα γονιδίων που εμπλέκονται στη μεταγραφή και μετάφραση και στη διαφοροποίηση των νευρογλοιακών κυττάρων. Ανατρέξτε στο Εκτεταμένο Σχήμα Δεδομένων 4-1 για το πλήρες αποτέλεσμα από το GSEA Pre-ranked.
Για την υποφλοιώδη μνήμη, και τα 10 θετικά συσχετισμένα γονίδια είχαν προηγουμένως εμπλακεί στη λειτουργία της μνήμης (Πίνακας 4, πλήρης λίστα γονιδίων υποφλοιικής μνήμης και ανασκόπηση βιβλιογραφίας στον Εκτεταμένο Πίνακα Δεδομένων 4-1· αποτελέσματα LEA στον Εκτεταμένο Πίνακα Δεδομένων 4-2). Τα γονίδια CDK5, NLGN1, RAB3A, STX1A, SNCA, SYT1 και UNC13A συνδέθηκαν ισχυρά με τη μνήμη (Fujiwara et al., 2006; Yang et al., 2007; Liu et al., 2009; Guan et al., Kokhan20 et al., 2012· Bie et al., 2014· Mishiba et al., 2014· Böhme et al., 2019). Επτά στα 10 αρνητικά συσχετισμένα υποψήφια γονίδια είχαν αδύναμα στοιχεία που τα εμπλέκουν στη μνήμη. Αυτά ήταν γονίδια που κωδικοποιούσαν ριβοσωμικές υπομονάδες, οι οποίες εκφράστηκαν διαφορετικά σε τρωκτικά που εμφανίζουν καλύτεραμνήμηαπόδοση (Wang et al., 2003; Kong et al., 2009; Winbush et al., 2012; Katz and Lamprecht, 2015; Oka et al., 2016; Zhang et al., 2018).
