Identification de l'immunité innée et adaptative aberrante basée sur des changements dans l'expression globale des gènes dans le sang d'adultes avec un diagnostic de "trouble du spectre de l'autisme"

 Aperçu: G.M.

Contexte:
Le "trouble du spectre de l'autisme" (TSA) est caractérisé comme un trouble neurodéveloppemental, et l'une des principales hypothèses concernant sa cause est des facteurs génétiques. Une méta-analyse précédente de sept études sur puces à ADN et une étude de séquençage de l'ARN (RNA-seq) utilisant le sang d'enfants avec un diagnostic de TSA (dTSA) a identifié une dérégulation des expressions génétiques pertinentes pour le système immunitaire. Dans cette étude, nous avons exploré les changements dans l'expression globale des gènes en tant que phénotype de TSA dans le sang d'adultes avec un dTSA. 

Méthodes:
Nous avons recruté une cohorte RNA-seq (TSA vs contrôle; n = 6 chacun) et une cohorte de réplication (TSA vs contrôle; n = 19 chacun) et mené RNA-seq pour explorer les changements dans l'expression globale des gènes. Nous avons ensuite soumis les gènes significativement régulés à la hausse et à la baisse à une ontologie des gènes (GO) et à des analyses de base. Une analyse pondérée du réseau de corrélation des gènes (WGCNA) a été réalisée avec les 11 617 gènes détectés dans l'ARN-seq pour identifier le réseau de gènes spécifiques aux TSA. 

Résultats:
Au total, 117 gènes significativement régulés à la hausse et 83 significativement régulés à la baisse ont été détectés dans le TSA par rapport au groupe témoin, respectivement (p <0,05 et q <0,05). L'analyse GO a révélé que l'immunité innée et adaptative aberrante était plus évidente dans les 117 gènes régulés à la hausse que dans les 83 gènes régulés à la baisse. Le WGCNA avec analyse de base a révélé qu'un module comprenant de nombreux gènes immunitaires était associé à la voie de signalisation des cellules tueuses naturelles. Dans les résultats de la cohorte de réplication, des changements significatifs avec la même tendance trouvée dans les données ARN-seq ont été confirmés pour MAFB (p = 0,046), RPSAP58 (p = 0,030) et G2MK (p = 0,004). 

Limites:
La taille de l'échantillon était relativement petite dans les cohortes RNA-seq et de réplication. Cette étude a examiné le niveau d'expression de l'ARNm, de sorte que l'interaction entre l'ARNm et la protéine reste incertaine. Les changements d'expression entre les enfants et les adultes avec un dTSA n'ont pas été comparés car seuls les adultes avec un dTSA ont été ciblés. 

Conclusions:
Les expressions génétiques dérégulées confirmées dans le sang d'adultes avec un dTSA étaient pertinentes pour le dysfonctionnement de l'immunité innée et adaptative. Ces résultats peuvent aider à comprendre la pathogenèse des TSA.

. 2021 Apr 30;18(1):102. doi: 10.1186/s12974-021-02154-7.

Identification of aberrant innate and adaptive immunity based on changes in global gene expression in the blood of adults with autism spectrum disorder

Fumie Horiuchi ^{#  1} , Yuta Yoshino ^{#  1} , Hiroshi Kumon  ¹ , Rie Hosokawa  ¹ , Kiwamu Nakachi  ¹ , Kentaro Kawabe  ¹ , Jun-Ichi Iga  ² , Shu-Ichi Ueno  ¹

Affiliations

• PMID: 33931079
• DOI: 10.1186/s12974-021-02154-7

Abstract

Background: Autism spectrum disorder (ASD) is characterized as a neurodevelopmental disorder, and one of the main hypotheses regarding its cause is genetic factors. A previous meta-analysis of seven microarray studies and one RNA sequencing (RNA-seq) study using the blood of children with ASD identified dysregulation of gene expressions relevant to the immune system. In this study, we explored changes in global gene expression as the phenotype of ASD in the blood of adults with ASD.

Methods: We recruited an RNA-seq cohort (ASD vs. control; n = 6 each) and a replication cohort (ASD vs. control; n = 19 each) and conducted RNA-seq to explore changes in global gene expression. We then subjected the significantly up- and downregulated genes to gene ontology (GO) and core analyses. Weighted gene correlation network analysis (WGCNA) was performed with all 11,617 genes detected in RNA-seq to identify the ASD-specific gene network.

Results: In total, 117 significantly up- and 83 significantly downregulated genes were detected in the ASD compared with the control group, respectively (p < 0.05 and q < 0.05). GO analysis revealed that the aberrant innate and adaptive immunity were more obvious in the 117 upregulated than in the 83 downregulated genes. WGCNA with core analysis revealed that one module including many immune-related genes was associated with the natural killer cell signaling pathway. In the results for the replication cohort, significant changes with same trend found in RNA-seq data were confirmed for MAFB (p = 0.046), RPSAP58 (p = 0.030), and G2MK (p = 0.004).

Limitations: The sample size was relatively small in both the RNA-seq and replication cohorts. This study examined the mRNA expression level, so the interaction between mRNA and protein remains unclear. The expression changes between children and adults with ASD were not compared because only adults with ASD were targeted.

Conclusions: The dysregulated gene expressions confirmed in the blood of adults with ASD were relevant to the dysfunction of innate and adaptive immunity. These findings may aid in understanding the pathogenesis of ASD.

Keywords: Adaptive immunity; Autism spectrum disorder; Gene expression; Gene ontology; Innate immunity; RNA-sequencing; WGCNA.

Les concentrations plasmatiques d'anandamide sont plus faibles chez les enfants avec un diagnostic de "trouble du spectre de l'autisme"

Aperçu: G.M.

Le "trouble du spectre de 'lautisme" (TSA) est un trouble neurodéveloppemental caractérisé par des comportements restreints et stéréotypés et des troubles de la communication sociale. Bien que les mécanismes biologiques sous-jacents des TSA restent mal compris, de récentes recherches précliniques ont impliqué le cannabinoïde endogène (ou endocannabinoïde), l'anandamide, en tant que neuromodulateur significatif dans les modèles de TSA chez les rongeurs. En dépit de cette preuve préclinique prometteuse, aucune étude clinique à ce jour n'a testé si les endocannabinoïdes sont dérégulés chez les personnes avec un diagnostic de TSA (dTSA). Ici, l'équipe a abordé cette lacune critique dans les connaissances en optimisant la méthodologie de chromatographie liquide-spectrométrie de masse en tandem pour analyser quantitativement les concentrations d'anandamide dans des échantillons de sang en banque prélevés sur une cohorte d'enfants avec et sans dTSA (N = 112).Les concentrations d'anandamide ont significativement différencié les cas de TSA (N = 59) des témoins (N = 53), de sorte que les enfants ayant des concentrations plus faibles en anandamide étaient plus susceptibles d'avoir un TSA (p = 0,041). Conformément à cette notion, les concentrations d'anandamide étaient également significativement plus faibles chez les enfants autistes que chez les enfants témoins (p = 0,034).Ces résultats sont les premières données empiriques sur l'homme à traduire les résultats précliniques des rongeurs pour confirmer un lien entre les concentrations plasmatiques d'anandamide chez les enfants avec dTSA.  

Bien que préliminaires, ces données suggèrent qu'une altération de la signalisation anandamide pourrait être impliquée dans la physiopathologie des TSA.

Cliquer ICI pour accéder à l'intégralité de l'article en anglais

Mol Autism. 2018 Mar 12;9:18. doi: 10.1186/s13229-018-0203-y. eCollection 2018.

Plasma anandamide concentrations are lower in children with autism spectrum disorder

Karhson DS¹, Krasinska KM², Dallaire JA³, Libove RA¹, Phillips JM¹, Chien AS², Garner JP^1,3, Hardan AY¹, Parker KJ¹.

Author information

1

1Department of Psychiatry and Behavioral Sciences, Stanford University, 401 Quarry Rd., Stanford, CA 94305 USA.

2

2Vincent Coates Foundation Mass Spectrometry Laboratory, Stanford University, 333 Campus Dr., Stanford, CA 94305 USA.

3

3Department of Comparative Medicine, Stanford University, 287 Campus Dr., Stanford, CA 94305 USA.

Abstract

Background:

Autism spectrum disorder (ASD) is a neurodevelopmental disorder characterized by restricted, stereotyped behaviors and impairments in social communication. Although the underlying biological mechanisms of ASD remain poorly understood, recent preclinical research has implicated the endogenous cannabinoid (or endocannabinoid), anandamide, as a significant neuromodulator in rodent models of ASD. Despite this promising preclinical evidence, no clinical studies to date have tested whether endocannabinoids are dysregulated in individuals with ASD. Here, we addressed this critical gap in knowledge by optimizing liquid chromatography-tandem mass spectrometry methodology to quantitatively analyze anandamide concentrations in banked blood samples collected from a cohort of children with and without ASD (N = 112).

Findings:

Anandamide concentrations significantly differentiated ASD cases (N = 59) from controls (N = 53), such that children with lower anandamide concentrations were more likely to have ASD (p = 0.041). In keeping with this notion, anandamide concentrations were also significantly lower in ASD compared to control children (p = 0.034).

Conclusions:

These findings are the first empirical human data to translate preclinical rodent findings to confirm a link between plasma anandamide concentrations in children with ASD. Although preliminary, these data suggest that impaired anandamide signaling may be involved in the pathophysiology of ASD.

PMID:29564080

PMC5848550

DOI:10.1186/s13229-018-0203-y

Blood-based gene expression signatures of infants and toddlers with autism

Traduction: G.M.  

Signatures sanguines de l'expression de gènes chez les nourrissons et les jeunes enfants atteints d'autisme 

Glatt SJ, Tsuang MT, Winn M, Chandler SD, Collins M, Lopez L, Weinfeld M, Carter C, Schork N, Pierce K, Courchesne E.

Source

Psychiatric Genetic Epidemiology and Neurobiology Laboratory (PsychGENe Lab), Medical Genetics Research Center, State University of New York (SUNY) Upstate Medical University.

OBJECTIF

Les troubles du spectre autistique (TSA) sont fortement héréditaires des troubles neurodéveloppementaux que l'apparition clinique au cours des premières années de vie. 

Des biomarqueurs du risque de TSA exprimés tôt dans la vie pourraient influer grandement sur le diagnostic et le traitement, mais aucun biomarqueur du transcriptome à l'échelle du transcriptome dérivé des échantillons de sang frais d'enfants atteints d'autisme n'ont encore vu le jour.

MÉTHODE

L'utilisation d'une méthode communautaire, prospective, longitudinale , nous avons identifié 60 nouveau-nés et jeunes enfants à risque de TSA (troubles autistiques et troubles envahissants du développement), 34 à risque de retard de langage, 17 à risque de retard de développement global, et 68 enfants sans risques poru la comparaison. 

Les diagnostics ont été confirmés par le suivi longitudinal. 

Chaque profil d'expression de l'ARNm des enfants dans les cellules mononucléées du sang périphérique a été déterminé par puces à ADN.

Résultats

Des biomarqueurs potentiels DMPS ont été découverts dans une moitié de l'échantillon et utilisé pour construire un classificateur, avec une grande précision de diagnostic pour la moitié restante de l'échantillon. 

CONCLUSIONS

Les anomalies d'expression d'ARNm observées de manière fiable dans les cellules mononucléées du sang périphérique, qui sont facilement analysés et sans risque chez les nourrissons, offrent le premier biomarqueur potentiel précoce à base de sang périphérique,  de risque de l'autisme chez les nourrissons et les jeunes enfants.

Les travaux futurs devraient vérifier ces biomarqueurs et évaluer s'ils peuvent aussi servir comme indices indirects de déviances moléculaires des mécanismes neuronaux dans l'autisme.

Biomarkers for Autism Discovered

Traduction: G.M. 

Découverte de biomarqueurs pour l'autisme 

 ScienceDaily (23 mars 2012) - 

Une étape importante vers l'élaboration d'une méthode rapide et  peu coûteuse de diagnostic de l'autisme a été franchie par l'Université d'Uppsala, parmi d'autres universités. Grâce à la spectrométrie de masse de pointe des chercheurs ont réussi à capturer des biomarqueurs prometteurs à partir d'un petit échantillon de sang. L'étude vient d'être publiée dans la revue Nature Translational Psychiatry. 

 Il n'y a pas de biomarqueurs pour l'autisme reconnu aujourd'hui. 

Des chercheurs de Centre Berzelii et du laboratoire de science de la vie à Uppsala, qui, en collaboration avec des collègues de l'Université Linnaeus en Suède et de la Faculté de médecine de Téhéran, l'Iran, ont découvert certains biomarqueurs prometteurs. 

De nombreuses maladies sont causées par des altérations des protéines à l'intérieur et l'extérieur des cellules de l'organisme. En étudiant des modèles de protéines dans les tissus et fluides corporels , ces modifications peuvent être cartographiées afin de fournir des informations importantes sur les causes sous-jacentes de la maladie. 

Parfois, des modèles protéiques peuvent également être utilisés comme biomarqueurs pour permettre un diagnostic ou comme outil de pronostic pour suivre l'évolution d'une maladie. 

Dans l'étude courante les perturbations du système nerveux étaient en ligne de mire quand les scientifiques ont étudié des modèles de protéine dans le trouble du spectre autistique (TSA). 

Pour identifier des biomarqueurs potentiels (peptides ou protéines), les chercheurs ont effectué une analyse détaillée des protéines du plasma sanguin des enfants atteints de TSA par rapport à un groupe témoin. 

En utilisant des méthodes de spectrométrie de masse de pointe, ils ont réussi à identifier des peptides composés de fragments d'une protéine dont la fonction naturelle est dans le système immunitaire, la protéine C3 du système du complément . -L'étude est basée sur des échantillons de sang provenant d'un groupe relativement restreint d'enfants, mais les résultats indiquent le potentiel de notre stratégie méthodologique. Il y a déjà un lien connu entre cette protéine et  les TSA, ce qui renforce encore les résultats, dit Jonas Bergquist, professeur de chimie analytique et de la neurochimie au Département de chimie - BMC (Centre biomédical) à Uppsala. 

L'espoir est que cette nouvelle série de biomarqueurs conduira au bout du compte à un outil de diagnostic fiable fondé sur l'analyse sanguine .

L'autisme s'accompagne de perturbations du flux sanguin et d'un stress oxydant

Source: Faculté de médecine de l'université de Pennsylvanie

En prenant comme point de comparaison des enfants en bonne santé, des chercheurs de la faculté de médecine de l'université de Pennsylvanie ont découvert que les enfants atteints d'autisme souffraient d'anomalies du flot sanguin ainsi que d'un stress oxydant notable. Ces enfants présentaient des niveaux de substances biochimiques révélateurs d'une vasodilatation insuffisante au niveau de l'endothélium vasculaire (cellules qui tapissent les vaisseaux) avec risque accrû de formation de caillots (par les plaquettes).
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En étudiant les rapports existant entre le stress oxydant et l'état des vaisseaux sanguins chez les sujets autistes, les chercheurs espèrent trouver d'autres axes thérapeutiques pour ce syndrome. Ces derniers, qui ont travaillé sous la direction du Dr Domenico Pratico, professeur de pharmacologie, ont publié leurs résultats dans le numéro d'août d'Archives of Neurology.

Selon l'ASA (Autism Society of America), le nombre de cas d'autisme aux Etats-Unis progresse de 10 à 17 % par an. Pathologie neurodéveloppementale, l'autisme se caractérise par une perturbation des interactions sociales, une communication verbale et non verbale limitée, et des comportements répétitifs et restreints. L'intensité et la portée des symptômes sont variables, ce qui évoque l'existence de causes multifactorielles. De précédentes études ont révélé une hypoperfusion du cerveau par rapport aux sujets de groupes de contrôle en bonne santé.

Les échantillons d'urines d'enfants autistes d'âge similaire et de groupes de contrôle ont été fournis par le Pfeiffer Treatment Center (www.hriptc.org) qui avait préalablement procédé au diagnostic d'autisme et à une évaluation. Les patients ayant précédemment reçu un traitement comportant des antioxydants ou présentant des pathologies telles que maladie chronique, dépression, psychose ou troubles inflammatoires, ou encore malades au moment des prélèvements, ont été exclus de l'étude. Ces critères stricts sont la cause du nombre restreint de sujets pris en compte dans cette étude préliminaire : 26 enfants atteints d'autisme et 12 enfants en bonne santé.

L'équipe du Dr Pratico a mesuré l'isoprostane, l'un des marqueurs du stress oxydant, la thromboxane, indice d'activation plaquettaire, et la prostacycline, mesure du tonus des vaisseaux sanguins. "Cette étude est la première à établir que non seulement la synthèse de la thromboxane et de la prostacycline est notablement élevée dans l'autisme, mais qu'il existe en outre une étroite corrélation avec le taux de stress oxydant constaté", a déclaré le Dr Pratico. Les enfants atteints d'autisme présentaient des niveaux d'isoprostane, de thromboxane et de prostacycline supérieurs à ceux des groupes de contrôle.

Le stress oxydant est le résultat d'une formation excessive de dérivés chimiques instables, les radicaux libres, au sein même des cellules. Dans des conditions normales, la cellule est à même de détruire ces radicaux libres. Toutefois, en présence d'une accumulation excessive, ces molécules montent à l'assaut de la cellule pour s'y stabiliser.

"Pendant le stress oxydant, c'est un peu comme si les radicaux libres n'avaient qu'une jambe", explique le Dr Pratico. "Ils sont à la recherche d'une seconde jambe pour ne pas tomber. Malheureusement, ils ne trouvent cet équilibre chimique qu'en infligeant un dommage irréversible aux cellules et à l'organe". Les radicaux libres peuvent endommager les membranes cellulaires, les protéines et les gènes par oxydation, à la manière de cette réaction chimique qu'est l'apparition de la rouille sur le fer.

En mesurant les niveaux d'isoprostane, dérivé chimique de l'attaque des cellules graisseuses par les radicaux libres, le Dr Pratico et son équipe ont constaté que les sujets porteurs d'autisme présentaient un stress oxydant près de deux fois supérieur à celui des sujets du groupe de contrôle.

Les échantillons des patients autistes ont également révélé la présence d'un déséquilibre biochimique dans les vaisseaux sanguins, déséquilibre résultant en des niveaux élevés de thromboxane – indice d'activité plaquettaire – et de prostacycline, indice de vasoconstriction des cellules endothéliales. La thromboxane et la prostacycline opèrent normalement de concert pour assurer l'intégrité des vaisseaux. En réponse à différents types de stress, les plaquettes libèrent la thromboxane, qui entraîne une constriction des vaisseaux. L'endothélium répond à ces niveaux élevés de thromboxane en libérant la prostacycline. L'effet de constriction des vaisseaux est ainsi contré par un effet de dilatation améliorant à son tour le flot sanguin.

L'autisme est une pathologie neurologique complexe dont le déséquilibre oxydant constitue l'une des composantes. Différents aspects bien établis viennent étayer cette hypothèse selon laquelle un déséquilibre oxydant pourrait jouer un rôle dans cette maladie : l'autisme se caractérise par un système de défense anti-oxydants perturbé, une production élevée de radicaux libres, ainsi qu'une amélioration des symptômes comportementaux après la prise d'anti-oxydants.

"Nous savons d'une manière générale que les anomalies constatées dans les vaisseaux sanguins s'expriment d'un point de vue clinique par un flot sanguin anormal", indique le Dr Pratico. "De ce fait, il est intéressant de rappeler que de précédentes études d'imagerie cérébrale ont permis de constater une hypoperfusion du cerveau chez l'enfant autiste. Cet éclairage supplémentaire sur le lien existant entre le stress oxydant et la santé des vaisseaux dans la pathologie de l'autisme permet d'anticiper une amélioration des traitements".

Yuemang Yao (Université de Pennylvanie), William J. Walsh (Pfeiffer Treatment Center) et Woody R. McGinnis (Oxidative Stress in Autism Initiative) sont co-auteurs de cette étude financée pour partie par le Pfeiffer Treatment Center.