Rapport d’étude comparative sur la taxonomie moléculaire corticale des primates et des rongeurs

La structure cérébrale est complexe, démontrant un haut degré de complexité tant dans sa composition moléculaire que cellulaire. Les études actuelles sur la taxonomie moléculaire du cerveau sont principalement basées sur les rongeurs. Cependant, bien que les primates et les rongeurs aient un ancêtre commun, ils ont divergé il y a 75 millions d’années par différentes voies évolutives. Par conséquent, l’étude d’autres espèces ne peut pas expliquer complètement les capacités cognitives uniques des primates. Auparavant, les analyses inter-espèces des profils d’expression génique se concentraient principalement sur l’hippocampe et le cortex préfrontal.

Auteurs et informations de publication

Cet article a été co-écrit par Lei Zhang, Yanyong Cheng, Zhenyu Xue, Shihao Wu, Zilong Qiu et al., et publié dans le journal Neuroscience Bulletin en 2024. Les principales unités de recherche comprennent le Département d’Anesthésiologie de l’Hôpital populaire n°9 affilié à l’École de médecine de l’Université Jiao Tong de Shanghai, l’Institut des Neurosciences de l’Académie chinoise des sciences, le Laboratoire national clé, etc.

Contexte et objectifs de la recherche

Cette étude se concentre sur la taxonomie moléculaire du cortex cingulaire antérieur (ACC) et du cortex rétrospinal (RSC) dans le cortex cingulaire. L’ACC et le RSC montrent une homologie structurelle corticale entre les espèces et ont des connexions synaptiques entre eux, participant à la régulation de la cognition et du comportement social. Cependant, la plupart des études existantes sur la composition moléculaire de ces régions cérébrales sont basées sur les rongeurs et ne s’appliquent pas entièrement aux primates. Par conséquent, l’étude de la taxonomie moléculaire de ces régions cérébrales chez les primates et les rongeurs aide à comprendre leurs différences et similitudes dans les fonctions cognitives et les processus pathologiques.

Méthodes et procédures de recherche

L’étude utilise la technologie de séquençage de l’ARN à noyau unique (snRNA-seq), avec des tissus ACC et RSC de deux macaques rhésus et six souris comme objets d’étude. Le processus spécifique est le suivant :

1. Collecte et traitement des échantillons : Collecte de tissus des régions ACC et RSC de macaques rhésus et de souris pour l’analyse snRNA-seq.
2. Identification et regroupement des types cellulaires : Identification de six types cellulaires principaux (neurones inhibiteurs, neurones excitateurs, astrocytes, oligodendrocytes, cellules progénitrices et microglie) à l’aide de gènes marqueurs connus. Utilisation de l’algorithme t-SNE pour l’analyse de regroupement cellulaire.
3. Analyse des sous-groupes cellulaires et des fonctions géniques : Division des neurones excitateurs en quatre sous-types (L2/3, L2/3/4, L4 et L5/6) selon les marqueurs spécifiques des couches corticales ; division des neurones inhibiteurs en quatre sous-types (SST, PV, VIP et SV2C), et réalisation d’une analyse d’ontologie génique (GO).
4. Analyse de l’expression différentielle des gènes : Analyse des gènes différentiellement exprimés (DEGs) entre ACC et RSC, et validation des gènes marqueurs d’expression entre différentes espèces par hybridation in situ fluorescente (FISH) ARN.

Résultats de la recherche

1. Types cellulaires et regroupements : 80 484 et 16 164 transcriptomes ont été obtenus respectivement dans l’ACC et le RSC des macaques rhésus et des souris. L’analyse t-SNE a montré l’état de regroupement des cellules dans différentes espèces et régions cérébrales.

2. Caractéristiques moléculaires des neurones excitateurs et inhibiteurs :

   • Neurones excitateurs : Divisés en quatre sous-types (L2/3, L2/3/4, L4 et L5/6) selon les marqueurs spécifiques des couches corticales. Les résultats montrent que les modèles de distribution des neurones excitateurs dans l’ACC et le RSC des macaques rhésus sont significativement différents.
   • Neurones inhibiteurs : Divisés en quatre sous-types (SST, PV, VIP et SV2C). Les caractéristiques transcriptionnelles des neurones inhibiteurs dans l’ACC et le RSC sont généralement similaires.

3. Analyse de l’expression différentielle des gènes : Dans les neurones excitateurs, on a trouvé significativement plus de gènes différentiellement exprimés entre l’ACC et le RSC (comme PCDH17, PHGFC, CDH4, etc.) ; dans les neurones inhibiteurs, cette différence était moindre.

4. Analyse inter-espèces : L’analyse t-SNE non biaisée a révélé des différences significatives dans la distribution des sous-types de neurones excitateurs et l’expression des gènes marqueurs dans l’ACC et le RSC entre les macaques rhésus et les souris. Chez les macaques rhésus, les caractéristiques transcriptionnelles des neurones excitateurs dans ces régions étaient significativement différentes, tandis que cette différence n’était pas évidente chez les souris.

Conclusions de la recherche

Cette étude a utilisé la technologie snRNA-seq pour cartographier le profil moléculaire des régions ACC et RSC chez les primates et les rongeurs. Elle a découvert des différences significatives dans les caractéristiques transcriptionnelles des neurones excitateurs et inhibiteurs dans ces régions cérébrales entre les primates et les rongeurs. Ces résultats fournissent une base moléculaire importante pour comprendre les fonctions spécifiques aux primates et l’intégration des informations sur les régions cérébrales entre les espèces.

Importance de la recherche

Cette étude a révélé les différences dans les caractéristiques moléculaires des régions ACC et RSC entre les primates et les rongeurs grâce au séquençage de l’ARN à noyau unique, enrichissant notre compréhension des fonctions spécifiques aux régions cérébrales. L’identification de ces marqueurs moléculaires fournit une base pour le développement de nouveaux outils génétiques, tels que des cibles pour la régulation transcriptionnelle et épigénétique. De plus, l’étude de la composition cellulaire et des caractéristiques moléculaires peut fournir des insights importants pour comprendre les fonctions biologiques de ces régions cérébrales.

Points forts et limites de la recherche

1. Points forts : C’est la première comparaison systématique des caractéristiques moléculaires des régions ACC et RSC entre primates et rongeurs, en particulier la découverte de différences significatives dans les neurones excitateurs des primates entre différentes régions cérébrales, ce qui est important pour l’étude ultérieure des fonctions cognitives uniques des primates.
2. Limites : En raison des limitations du nombre d’échantillons et de l’acquisition de tissus, cette étude ne comprenait que deux macaques rhésus et six souris. À l’avenir, il sera nécessaire d’augmenter le nombre d’échantillons et d’inclure des échantillons de différents groupes d’âge pour améliorer la généralité et la précision des résultats de l’étude.

Autres contenus importants

Tout en fournissant un cadre moléculaire pour la recherche transcriptomique chez les primates et les rongeurs, cette étude a également jeté les bases de futures recherches fonctionnelles, telles que la régulation transcriptionnelle et épigénétique. De plus, les données d’expression génique et les codes rapportés dans cet article sont publiquement disponibles sur les plateformes Gene Expression Omnibus et GitHub, facilitant les recherches ultérieures.