Análises de redes modulares de co-expressão gênica revelam vias importantes na doença de Alzheimer e paralisia supranuclear progressiva
dc.contributor.advisor | Costa, Marcos Romualdo | |
dc.contributor.advisor-co1 | Costa, Marcos Romualdo | |
dc.contributor.advisor-co1ID | 05278916737 | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/6118493598074445 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/6118493598074445 | pt_BR |
dc.contributor.author | Carvalho, Lukas Iohan da Cruz | |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/2797997375475881 | pt_BR |
dc.contributor.referees1 | Dalmolin, Rodrigo Juliani Siqueira | |
dc.contributor.referees1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4065178015615979 | pt_BR |
dc.contributor.referees2 | Velho, Tarciso André Ferreira | |
dc.contributor.referees2Lattes | http://lattes.cnpq.br/8194534389725093 | pt_BR |
dc.contributor.referees3 | Reis, Ricardo Augusto de Melo | |
dc.contributor.referees3Lattes | http://lattes.cnpq.br/6046165866539973 | pt_BR |
dc.date.accessioned | 2021-11-09T23:04:46Z | |
dc.date.available | 2021-11-09T23:04:46Z | |
dc.date.issued | 2021-09-28 | |
dc.description.abstract | The incidence of neurodegenerative diseases leading to impairment of cognitive functions and dementia have increased in recent years, mainly because of enhanced longevity in the population worldwide. Understanding the onset and progression of these pathologies can help to develop preventive and disease-modifying treatments for these diseases. In this work, using RNA-seq data obtained from two brain regions (temporal cortex and cerebellum) of human patients diagnosed with neurodegenerative diseases (Alzheimer or Progressive Supranuclear Palsy) and two animal models, 5XFAD of amyloidopathy and TauD35 of tauopathy, we performed an integrative analysis at the gene/transcript level combined with a co-expression analysis to identify similarities and discrepancies in the biological processes affected by these two diseases. So that we could compare the different data, we used the only common variable in all datasets: age of death. Thus, we divided the human data into 3 groups: A (70-80), B (81-89) and C (90+); and animals in groups of 4 months, 12 months, 17 months and 18 months. The results of the transcriptional analysis showed that gene expression alterations associated with immune-inflammatory alterations are present in AD only in the temporal cortex and not in the cerebellum, and that alteration related to synaptic transmission occurs late (groups B and C), and are found only when we use genes with isoform switches in the analysis of functional enrichment in conjunction with differentially expressed genes. In PSP, all changes associated with immune-inflammatory responses and synaptic transmission are found exclusively in temporal cortex data; however, all changes are specific for group A. In animal models, changes in 5XFAD are similar to those found in AD human brains, with gene expression alterations associated with the immune-inflammatory response present early (4 months) and synaptic terms only at late pathological stages (18 months). In TauD35 mice, this pattern is inverted, with gene expression changes associated with immune-inflammatory response identified only late (17-month group), whereas those associated with synapses could be identified early (4-month group). In addition to these results, we observed that changes in isoforms (gDTUS) are present almost exclusively in humans, and especially in AD. To refine our results, we used a co-expression approach and identified modules with specific expression and gene signatures. In AD, modules involving synapses did not differ from control, however, modules related to immune-inflammatory response, extracellular matrix and growth factor response were more active in individuals with AD. In PSP, modules with synaptic activity showed greater activity compared to control, while those related to immune response had a lower activity. To confirm the genetic identity of these modules, we also mapped module-specific genes to different cell types of the brain using single-cell RNA-seq data. This analysis revealed a correspondence between modules related to the immune-inflammatory response with microglial cells and, to a lesser extent in AD, astrocytes, synaptic cells with glutamatergic neurons and myelination with oligodendrocytes. Finally, we show that genes identified as risk factors for AD or PSP are present in specific co-expression. Together, these results suggest that in the amyloidopathy model and in AD, alterations in synaptic signaling form a positive feedback with the immune inflammatory response, the latter being the first; while in the model of tauopathy and PSP, the effects on inflammation are secondary to synaptic changes. | pt_BR |
dc.description.resumo | As demências, doenças neurodegenerativas onde há perda de funções cognitivas, tiveram sua incidência aumentada nos últimos anos, principalmente por causa do aumento da longevidade na população mundial como um todo. O entendimento do início e progressão dessas patologias pode ajudar na identificação de tratamentos preventivos para essas doenças. Neste trabalho, utilizando dados humanos referentes a duas doenças neurodegenerativas (Alzheimer e Paralisia Supranuclear Progressiva) de duas regiões cerebrais (córtex temporal e cerebelo) e dois modelos animais, 5XFAD de amiloidopatia e TauD35 de taupatia, fizemos uma análise integrativa a nível gene/transcrito aliada a uma análise de co-expressão para identificar similaridades e discrepâncias nos processos biológicos afetados por essas duas doencas. Para que pudéssemos comparar os diferentes dados utilizamos a única variável comum em todos os datasets: a idade da morte. Desse modo dividimos os dados humanos em 3 grupos: A (70-80), B (81-89) e C (90+); e os animais em grupos de 4 meses, 12 meses, 17 meses e 18 meses. Os resultados da análise transcricional mostraram que alterações imunes estão presentes em AD apenas no córtex temporal, e não no cerebelo, e que alteração na transmissão sináptica ocorre tardiamente (grupos B e C), e são encontradas apenas quando utilizamos genes com isoformas alteradas no processo de enriquecimento funcional em conjunto com os genes diferencialmente expressos. Na PSP, todas as alterações encontradas imunes e de transmissão sináptica são encontradas apenas nos dados de córtex temporal; no entanto, todas as alterações são específicas para o grupo A. Nos modelos animais, as alterações em 5XFAD são semelhantes às encontradas em AD, alterações da resposta imune-inflamatória presentes em grupos precoces (4 meses) e sinápticas em um grupo mais tardio (18 meses). Em TauD35, no entanto, as alterações imunes ocorrem apenas no grupo de 17 meses, enquanto as sinápticas foram no grupo de 4 meses. Além desses resultados, observamos que as alterações em isoformas (gDTUS) estão presentes quase que exclusivamente em humanos, e principalmente em AD. Para refinar os nossos resultados, utilizamos uma abordagem de coexpressão e identificamos módulos com expressão e assinaturas gênicas específicas. Em AD os módulos envolvendo sinapses não apresentavam diferenças para o controle, no entanto, os módulos relativos a reposta imune-inflamatória, matriz extracelular e reposta a fator de crescimento estavam com atividade maior nos indivíduos com AD. Na PSP, os módulos com atividade sináptica apresentaram maior atividade em relação ao controle, enquanto aqueles relacionados com resposta imune tiveram uma atividade menor. Para confirmar a identidade genética desses módulos, utilizamos os genes encontrados nos mesmos e observamos que havia correspondência entre os módulos relacionados à resposta imune-inflamatória com células microgliais e sinápticos com neurônios glutamatérgicos. Além desses achados, também encontramos que a resposta imune-inflamatória e associada, em AD, a região analisada, dado os resultados encontrados na análise de outro dataset (MSBB). Por fim, encontramos genes identificados como fatores de risco para AD, como PTK2B, TREM1 e TREM2 nos módulos, além de MOB e SA4D nos módulos identificados na PSP. Em conjunto, esses resultados sugerem que no modelo de amiloidopatia e em AD, alterações na sinalização sináptica formam um feedback positivo com a resposta imune-inflamatória, sendo esta posterior a primeira; enquanto no modelo de taupatia e PSP, os efeitos na inflamação são secundários às alterações sinápticas. | pt_BR |
dc.identifier.citation | CARVALHO, Lukas Iohan da Cruz. Análises de redes modulares de co-expressão gênica revelam vias importantes na doença de Alzheimer e paralisia supranuclear progressiva. 2021. 68f. Dissertação (Mestrado em Bioinformática) - Instituto Metrópole Digital, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/44862 | |
dc.language | pt_BR | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOINFORMÁTICA | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | Doença de Alzheimer (AD) | pt_BR |
dc.subject | Paralisia supranuclear progressiva (PSP) | pt_BR |
dc.subject | 5XFAD | pt_BR |
dc.subject | TauD35 | pt_BR |
dc.subject | Módulos | pt_BR |
dc.title | Análises de redes modulares de co-expressão gênica revelam vias importantes na doença de Alzheimer e paralisia supranuclear progressiva | pt_BR |
dc.type | masterThesis | pt_BR |
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