La morphogenèse du gyrus denté est régulée par la fonction du gène de risque d'autisme Trio dans les cellules granulaires
Contexte et objectif de la recherche
Les troubles du spectre autistique (TSA) sont un groupe de troubles neurodéveloppementaux hautement héréditaires, caractérisés principalement par des anomalies d’interaction sociale, des troubles de la communication et des comportements ou intérêts restreints et répétitifs. Des études ont rapporté des changements structurels dans les régions cérébrales, y compris l’hippocampe, chez les patients atteints d’autisme et leurs modèles murins. En particulier, chez les patients atteints de TSA, des malformations focales de la couche de cellules granulaires (CG) du gyrus denté (GD) de l’hippocampe et une distribution ectopique des CG sont particulièrement évidentes. Cependant, les mécanismes d’action des gènes à risque de TSA dans le développement anormal du GD n’ont pas été suffisamment étudiés jusqu’à présent.
Dans cette étude, nous avons exploré le rôle d’un gène hautement susceptible aux TSA - Trio - dans le processus de morphogenèse du GD chez la souris. Nous avons découvert que la délétion du gène Trio entraîne un développement anormal du GD après la naissance et se manifeste par des comportements liés à l’autisme. Ces découvertes non seulement révèlent le rôle spécifique de Trio dans le développement du GD, mais fournissent également de nouveaux indices pour comprendre les mécanismes physiopathologiques des TSA.
Source de l’article et informations sur les auteurs
Cette étude a été réalisée en collaboration par des chercheurs de l’Institut de santé mentale de l’Université de Pékin, dont Mengwen Sun, Weizhen Xue, Hu Meng, Xiaoxuan Sun, Tianlan Lu, Weihua Yue, Lifang Wang, Dai Zhang et Jun Li. L’article a été publié dans le “Neuroscience Bulletin” en février 2024.
Méthodes de recherche
Conception expérimentale
La conception expérimentale comprend plusieurs expériences biologiques sur des souris knockout conditionnelles pour le gène Trio, telles que des examens morphologiques, des tests comportementaux, des colorations immunofluorescentes, des Western blots, etc. Les étapes spécifiques sont les suivantes :
Élevage des souris
Toutes les souris ont été élevées et manipulées conformément aux directives du comité d’éthique animale de l’Université de Pékin. Les souris knockout conditionnelles (cKO) pour Trio ont été obtenues en croisant des souris Triofl/fl avec des souris exprimant le gène de la recombinase Cre. Les différentes lignées de souris utilisées dans l’expérience étaient toutes sur fond C57BL/6.
Examens morphologiques
Des coupes coronales de 30 micromètres d’épaisseur ont été utilisées pour examiner la morphologie de l’hippocampe des souris à différents stades de développement, comparant la taille et les changements structurels du GD entre les groupes contrôles et les souris déficientes en Trio.
Immunofluorescence
La coloration immunofluorescente des coupes cérébrales a été utilisée pour détecter le nombre et la distribution de différents types cellulaires dans le GD, y compris les cellules marquées par PAX6, TBR2, PROX1, NEUN, etc.
Tests comportementaux
Pour évaluer les comportements liés à l’autisme, l’équipe de recherche a effectué une série de tests comportementaux sur les souris, comprenant le test d’interaction sociale à trois chambres, le test de la planche à trous, le test d’enfouissement des billes, le test de la boîte claire/obscure, le test du labyrinthe en croix surélevé et le test de champ ouvert.
Séquençage du transcriptome spatial
Pour analyser les modèles d’expression génique des différents neurones au cours du développement du GD et le rôle spécifique de Trio, l’équipe de recherche a utilisé la technologie de séquençage du transcriptome spatial pour classifier les types cellulaires et analyser les fonctions du GD.
Résultats expérimentaux
La délétion du gène Trio entraîne un développement anormal du GD
Les résultats des examens morphologiques ont montré que le cerveau des souris Triofl/fl;Emx1-Cre était plus petit que celui des souris contrôles, et la taille et la morphologie du GD étaient également significativement anormales. En particulier dans la région supérieure du GD, les cellules granulaires présentaient un arrangement dentelé, indiquant que l’impact de la déficience en Trio sur le développement du GD se concentrait principalement dans la phase postnatale.
La déficience en Trio affecte la distribution et la migration cellulaires
Les résultats d’immunofluorescence ont montré que chez les souris déficientes en Trio, le nombre de cellules progénitrices PAX6+ et de cellules progénitrices intermédiaires TBR2+ dans le GD était significativement réduit, de même que le nombre de neurones PROX1+ et NEUN+. Le modèle de distribution de ces cellules dans le GD a également changé de manière significative, avec une obstruction des voies de migration des cellules progénitrices au début de la période postnatale, entraînant une désorganisation de la couche de cellules granulaires.
Effets différentiels de Trio sur la migration des neurones excitateurs
Grâce au séquençage du transcriptome spatial, l’équipe de recherche a découvert que les niveaux d’expression de Trio variaient dans différents types de neurones, montrant que Trio a une spécificité cellulaire dans la régulation de la migration neuronale et de l’organisation du cytosquelette. Chez les souris déficientes en Trio, les changements dans les voies de signalisation et l’expression génique associées se concentraient principalement dans les neurones excitateurs à développement tardif.
Trio participe à la régulation des comportements liés à l’autisme
Les résultats des tests comportementaux ont confirmé que les souris déficientes en Trio présentaient des anomalies comportementales liées à l’autisme, notamment une capacité altérée de reconnaissance de la nouveauté sociale et une augmentation des comportements stéréotypés. Ces découvertes suggèrent que le développement anormal du GD dû à la déficience en Trio est lié aux symptômes comportementaux fondamentaux de l’autisme.
Conclusions et signification de l’étude
Cette étude révèle de manière exhaustive le rôle spécifique du gène Trio dans le développement du GD et sa relation avec les comportements liés à l’autisme. Les résultats non seulement enrichissent davantage la compréhension des mécanismes physiopathologiques des TSA, mais fournissent également de nouvelles cibles et directions pour le traitement futur des troubles neurodéveloppementaux tels que l’autisme.
En tant que nouvelle direction de recherche, la relation entre Trio et le développement du GD offre une nouvelle perspective pour explorer les mécanismes pathogéniques de l’autisme. Les recherches futures pourront explorer davantage le rôle de Trio dans d’autres régions cérébrales et à différents stades de développement, révélant ainsi plus complètement les mécanismes pathogènes des TSA et fournissant un soutien de données de base pour les interventions cliniques.
Points forts et innovations de la recherche
- Découverte du rôle clé de Trio dans le développement du GD : À travers une série d’expériences biologiques et de tests comportementaux, le rôle de Trio dans le développement du GD et sa relation avec les comportements liés à l’autisme ont été clairement établis.
- Séquençage du transcriptome spatial : Application pour la première fois de la technologie de séquençage du transcriptome spatial pour révéler l’expression spécifique de Trio dans différents types de neurones et ses mécanismes d’action.
- Vérification de la corrélation avec les comportements autistiques : Vérification par des tests comportementaux de l’association entre le développement anormal du GD dû à la déficience en Trio et les symptômes comportementaux fondamentaux de l’autisme.
Conclusion
Cette étude non seulement révèle le rôle important du gène Trio dans le développement du GD et les comportements liés aux TSA, mais fournit également de nouvelles pistes pour l’exploration future des mécanismes pathologiques des troubles neurodéveloppementaux et des cibles thérapeutiques potentielles. Les efforts de l’équipe de recherche fournissent des preuves scientifiques précieuses pour la combinaison des neurosciences et de la médecine clinique, démontrant le potentiel et l’espoir de la médecine de précision dans la résolution des maladies neurologiques complexes.