Analyse des réseaux d’expression génique dans l’hippocampe en développement à travers la perspective de la perte de NEIL3

Introduction

En tant que région importante du cerveau, l’hippocampe est reconnu pour son rôle clé dans la consolidation de la mémoire, le traitement de l’information et la régulation des émotions. Dans les recherches en neurosciences, les mécanismes de régulation génique de l’hippocampe sont considérés comme essentiels pour son développement normal, la plasticité synaptique et l’adaptation fonctionnelle. Cependant, bien que l’analyse des différences d’expression génique ait identifié les gènes clés impliqués dans l’organisation et la fonction du circuit hippocampique, les schémas d’expression génique plus larges et les fonctions de niveau supérieur restent insuffisamment compris.

NEIL3 est une glycosylase d’ADN, largement présente dans le système nerveux central en développement, y compris la zone de formation de neurones de l’hippocampe et la zone subventriculaire dorsale. Des études antérieures ont montré que NEIL3 joue un rôle significatif dans la survie des cellules précurseurs neuronales, la neurogenèse post-AVC et la neurogenèse adulte dans l’hippocampe. Sur cette base, les auteurs de cet article ont décidé d’explorer davantage le rôle de NEIL3 dans le développement de l’hippocampe.

Origine de la recherche

Cette étude a été réalisée par Anna M. Bugaj, Nicolas Kunath, Vidar Langseth Saasen et al. de l’Université norvégienne de Sciences et de Technologie (NTNU), et a été publiée dans la revue « Progress in Neurobiology » (2024, volume 235, article numéro 102599). Cette publication a été mise en ligne le 24 mars 2024.

Processus de recherche

Sujets expérimentaux et traitement des échantillons

L’expérience a utilisé des souris de type sauvage (C57BL/6N) et NEIL3-/- pour un total de 42 échantillons de transcriptome, couvrant deux étapes de développement principales, p8 (jeunesse) et 3 mois (adulte), provenant des régions CA1, CA3 et du gyrus denté (DG) de l’hippocampe.

Collecte de tissus

Les souris ont été euthanasiées par anesthésie à l’isoflurane et surdose de pentobarbital sodique, suivie d’une perfusion intracardiaque fixant le tissu cérébral avec du sérum physiologique et du formol à 4%. Les tissus cérébraux fixés ont ensuite été sectionnés et colorés par immunohistochimie.

Processus de séquençage de l’ARN

L’ARN a été extrait à l’aide de kits d’extraction et le séquençage des transcriptomes a été réalisé par la société BGI Genomics. Le séquençage a été effectué sur la plateforme BGISEQ-500, produisant environ 4,92 Go de données de lectures. Les analyses bioinformatiques ont été complétées dans le laboratoire de recherche.

Prétraitement des données et analyse du réseau de co-expression génique pondéré (WGCNA)

L’analyse WGCNA a été appliquée aux 15000 gènes les plus variables, groupant les gènes par clustering hiérarchique pour construire des modules et évaluer les relations entre les modules et les stades de développement à l’aide de diagrammes de caractéristiques des modules.

Principaux résultats de l’étude

Phénomène de maturation retardée de Hodgkin

L’étude a révélé que, dans toutes les sous-régions de l’hippocampe (CA1, CA3 et DG), la perte de NEIL3 retardait significativement la maturation des neurones, sans impact notable sur le nombre total de neurones matures des souris adultes. L’analyse par immunohistochimie a montré que la proportion de neurones matures chez les souris NEIL3-/- à P26 était significativement inférieure à celle des souris de type sauvage.

Analyse des différences d’expression génique

Les analyses de séquençage d’ARN et en composantes principales ont indiqué que l’âge, la région cérébrale et le génotype étaient les principaux déterminants de la variation. La perte de NEIL3 a significativement affecté l’expression génique globale de l’hippocampe nouveau-né, particulièrement à l’état juvénile, suggérant ainsi un rôle crucial de NEIL3 dans le développement de l’hippocampe.

Différences dans le réseau de co-expression génique

L’analyse WGCNA a révélé des différences significatives dans la connectivité et la spécificité des modules entre les souris de type sauvage et NEIL3-/-. Les souris de type sauvage possédaient 11 modules distincts identifiés par clustering hiérarchique, alors que la distribution de ces modules était complètement altérée chez les souris NEIL3-/-, mettant en lumière l’importance de NEIL3 dans le maintien de la structure et de la dynamique du réseau génique.

Analyse des modules

Dans le transcriptome hippocampique des souris de type sauvage, des modules contenant des réseaux géniques hautement interactifs ont été identifiés pour différents stades de développement. Les gènes pivots de certains modules étaient régulés à la hausse dans le DG juvénile et dans les régions CA1/CA3 adultes, tandis que d’autres modules présentaient une régulation spécifique dans les régions adultes de l’hippocampe.

Impact de NEIL3 sur la connectivité et la spécificité des modules

La perte de NEIL3 a conduit à une réduction générale de la connectivité des modules, notamment dans des modules spécifiques tels que le module 1-brun, 5-noir et 6-magenta. L’analyse de ces modules a montré que NEIL3 influençait les réseaux de co-expression génique par l’intermédiaire des gènes pivots au cours de la jeunesse.

Conclusion

En combinant l’analyse WGCNA et l’analyse DGE, cet article approfondit notre compréhension de l’impact de NEIL3 sur les mécanismes moléculaires du développement hippocampique. Les résultats montrent que la perte de NEIL3 affecte significativement la connectivité et la spécificité du réseau de co-expression génique de l’hippocampe, révélant ainsi des liens potentiels entre la connectivité génique et fonctionnelle, et fournissant une analyse systémique de compréhension de la fonction hippocampique. Cette recherche pose les bases pour des études futures sur les fonctions hippocampiques et les états neuropathologiques associés.

Points forts de la recherche

1. Mise en évidence du rôle clé de NEIL3 dans la maturation des neurones hippocampiques.
2. Identification, via l’analyse de réseaux de co-expression génique pondéré, de modules géniques spécifiques liés au développement hippocampique.
3. Révélation de l’impact de la perte de NEIL3 sur la structure et la fonctionnalité des réseaux de co-expression génique.
4. Proposition d’un cadre systémique complet pour évaluer les corrélations potentielles entre la connectivité génique et la connectivité fonctionnelle de l’hippocampe.

Cet article met en lumière le rôle unique de NEIL3 dans le développement hippocampique et, à travers une analyse détaillée aux niveaux moléculaire et cellulaire, dévoile les mécanismes de régulation fine de l’expression génique au cours du développement neuronal. Cette étude enrichit notre compréhension de la complexité des réseaux neuronaux de l’hippocampe et fournit une référence précieuse pour les recherches futures ciblant l’hippocampe dans des états neuropathologiques.