Signatures transcriptionnelles des sous-régions connectomiques du striatum humain

Aperçu: G.M.

On pense que les régions fonctionnellement distinctes du cerveau possèdent une empreinte digitale caractéristique - un profil des connexions entrantes et sortantes qui définit la fonction de cette zone. Cette observation a motivé les efforts visant à subdiviser les zones cérébrales en utilisant leurs modèles de connectivité. Cependant, il n'est pas certain que ces sous-régions connectées de façon connexe puissent être distinguées au niveau moléculaire. Ici, l'étude combine l'imagerie par résonance magnétique pondérée par diffusion à haute résolution avec des données transcriptomiques pour montrer que les sous-régions connectées à la connexion du striatum portent des signatures transcriptionnelles distinctes.Le protocole retenu permet  discriminer de manière précise les trois sous-régions à définition connexe avec une précision de classification de 80-90%.

Les gènes qui contribuent fortement à la classification ont été enrichis pour les catégories d'ontologie des gènes, y compris la signalisation de la dopamine, la sécrétion de glutamate, la réponse à l'amphétamine et les voies métaboliques et ont été impliqués dans le risque de troubles tels que la schizophrénie, l'autisme et la maladie de Parkinson. 

Genes Brain Behav. 2017 Apr 19. doi: 10.1111/gbb.12386.

Transcriptional signatures of connectomic subregions of the human striatum

Parkes L¹, Fulcher B¹, Yücel M¹, Fornito A¹.

Author information

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Brain & Mental Health Laboratory, Monash Institute of Cognitive and Clinical Neurosciences and School of Psychological Sciences, Monash University, Victoria, Australia.

Abstract

Functionally distinct regions of the brain are thought to possess a characteristic connectional fingerprint - a profile of incoming and outgoing connections that defines the function of that area. This observation has motivated efforts to subdivide brain areas using their connectivity patterns. However, it remains unclear whether these connectomically-defined subregions can be distinguished at the molecular level. Here, we combine high-resolution diffusion-weighted magnetic resonance imaging with transcriptomic data to show that connectomically-defined subregions of the striatum carry distinct transcriptional signatures. Using data-driven clustering of diffusion tractography, seeded from the striatum, in 100 healthy individuals, we identify a tripartite organization of the caudate and putamen that comprises ventral, dorsal, and caudal subregions. We then use microarray data of gene expression levels in 19 343 genes, taken from 98 tissue samples distributed throughout the striatum, to accurately discriminate the three connectomically-defined subregions with 80-90% classification accuracy using linear support vector machines. This classification accuracy was robust at the group and individual level and was superior for our parcellation of the striatum when compared with parcellations based on anatomical boundaries or other criteria. Genes contributing strongly to classification were enriched for gene ontology categories including dopamine signaling, glutamate secretion, response to amphetamine, and metabolic pathways, and were implicated in risk for disorders such as schizophrenia, autism, and Parkinson's disease. Our findings highlight a close link between regional variations in transcriptional activity and inter-regional connectivity in the brain, and suggest that there may be a strong genomic signature of connectomically-defined subregions of the brain.

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PMID: 28421658

DOI: 10.1111/gbb.12386