Анализ экспрессии генов в изучении асимметрии фронтополярной коры головного мозга человека

10 зона Бродмана
Передняя часть префронтальной коры
Высшие когнитивные функции:
планирование
вызов воспоминаний
принятие решений
установление логических связей между явлениями
2
2

Асимметрия/латерализация
Асимметрия полушарий
10 зона Бродмана:
более быстрый рост правой области в антропогенезе
и онтогенезе
Сравнение BA10R и BA10L
Латерализа-ция функций мозга
3
3

Получение образцов
Экстракция РНК
Приготовление библиотек
Секвенирование
Анализ данных
Методы
1
2
3
4
5
Постмортальные образцы тканей двух областей коры (BA10L и BA10R) 14 доноров (правши, от 20 до 59 лет)*
Реагент Trizol
mRNA-Seq Sample Prep Kit (Illumina)
Illumina HiSeq1500
Картирование: программа TopHat
Анализ дифэкспрессии: программа Cufflinks (пакет Cuffdiff)
Анализ категорий генной онтологии: программа DAVID 6.8
4
*Получены с использованием ресурсов трёх организаций: партнерский Институт вычислительной биологии Китайской академии наук, Институт эволюционной антропологии Общества Макса Планка, NIH NeuroBioBank
4

Результаты:
5
Статистика
картирования:
Дифференциальная экспрессия:
1
2
18-30 млн чтений на образец
Доля картированных чтений: ≥ 90%
При сравнении BA10L и BA10R
был найден 61 дифференциально экспрессированный ген
BA10L
21 up-regulated genes
BA10R
40 up-regulated genes
Экспрессия генов повышена в BA10R по отношению к BA10L
BA10L
Экспрессия белок-кодирующих и не кодирующих генов на одном уровне
BA10R
В основном экспрессируются белок-кодирующие гены
КАК КАЧЕСТВЕННЫЕ, ТАК И КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ BA10L И BA10R
!
!
5

6
Анализ категорий генной онтологии
3
6
Результаты
Сравнение результатов ГО анализа для генов с повышенной экспрессией в BA10L и BA10R: асимметрия в классах белков

4
Примеры относительного повышения экспрессии в BA10R по сравнению с BA10L
C-FOS
NPAS4
7
7
Результаты

8
5
Мы обнаружили 30 генов, активность которых нарушается при психических расстройствах
(биполярное расстройство,
аутизм,
болезнь Альцгеймера,
болезнь Паркинсона,
синдром дефицита внимания и гиперактивности)
Активность 24 из 30 генов нарушается при шизофрении.
15 генов связаны с другими функциями, включая не психические расстройства мозга
(глиома, моторная атаксия и т.д.)
8
Результаты

Заключение
При сравнении правой и левой ФПК мы обнаружили 61 дифференциально экспрессирующийся ген. Дифференциальная экспрессия выражается не только в количестве генов, но и в их специализации.
Результаты исследования могут иметь клиническое значение, поскольку функционирование половины обнаруженных генов с латерализацией экспрессии в ФПК нарушено при психических расстройствах, в первую очередь, при шизофрении.
9
9

Спасибо за внимание!
10

Направления работы
10 Brodmann area – сознание –
выбор из множества вариантов
Эволюция приматов
– три организма
– человек, шимпанзе, макака
Также интересны заболевания: шизофрения, Альцгеймер и др.
2
1
Проект:
В поисках "Я": междисциплинарное исследование порождения произвольного действия
In search of the “I”: Multidisciplinary research on the initiation of voluntary action

10я зона Бродмана: результаты
Распределения похожи

10я зона Бродмана: результаты
Найден 61 дифференциально экспрессированный ген между BA10L и BA10R
BA10L
40 генов up-regulated
BA10R
21 ген up-regulated

10я зона Бродмана: результаты
Анализ генных онтологий: дифэкспрессированные гены правой и левой зон вовлечены в разные процессы

10я зона Бродмана: результаты
Из 61 дифэкспрессированного гена 34 описан
31 из 34 описанных белок-кодирующих генов экспрессируются в нейронах и нейропилях
Нейроластичность мозга
C-FOS
NPAS4

10я зона Бродмана: результаты
Найдено 30 генов, участвующих в психических расстройствах (биполярное расстройство, аутизм, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, синдром дефицита внимания и гиперактивности,
24 из 30 генов связаны с шизофренией
Найдено 15 генов, вовлеченных в различные функции и в непсихические заболевания (глиома, моторная атаксия и др.)
C-FOS
NPAS4

Есть данные по микроРНК
10я зона Бродмана:
продолжение темы