INTRODUCCIÓN
La genómica poblacional de la esquizofrenia ha revelado asociaciones genéticas robustas para este trastorno altamente heredable, mientras que el análisis de muestras cerebrales post-mortem ha mostrado evidencias de alteraciones transcriptómicas y epigenómicas ligadas a esta patología. No obstante, sigue siendo un reto desentrañar los procesos moleculares y celulares que relacionan los factores de riesgo etiológicos con la manifestación clínica, dificultad acrecentada por la intrincada arquitectura celular del cerebro.
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RAZÓN FUNDAMENTAL
Estudios previos han señalado a poblaciones específicas de neuronas excitadoras e inhibidoras como claves en la fisiopatología de la esquizofrenia. Sin embargo, los grandes conjuntos de datos transcriptómicos de muestras de tejido global no permiten una evaluación directa de las contribuciones específicas de cada tipo celular a la enfermedad.
Las tecnologías de secuenciación de ARN unicelular superan esta limitación al medir la expresión genética de cada célula individualmente, permitiendo un mapeo detallado de los cambios transcripcionales asociados a patologías en tipos celulares específicos, sin sesgo hacia células preseleccionadas. Este enfoque puede ofrecer nuevos insights sobre la biología de las enfermedades neuropsiquiátricas al estudiar las variadas poblaciones celulares del cerebro humano.
RESULTADOS
Mediante secuenciación multiplexada de ARN de un solo núcleo, desarrollamos un atlas transcriptómico de resolución unicelular de la corteza prefrontal de individuos con y sin esquizofrenia, analizando 468,727 núcleos de 140 sujetos en dos cohortes independientes. Identificamos patrones de expresión en diferentes tipos celulares y subpoblaciones neuronales y caracterizamos los cambios transcripcionales asociados a la esquizofrenia en cada uno de ellos.
Nuestros análisis, incluyendo estudios independientes y metaanálisis, revelaron 6634 eventos de expresión diferencial que afectan a 2455 genes, mostrando una regulación negativa predominante en las neuronas excitadoras. Además, encontramos que estos cambios transcriptómicos se superponen significativamente con los informados en estudios previos de tejido cortical masivo, particularmente en neuronas excitadoras, mientras que los cambios en tipos celulares menos abundantes fueron menos eficientemente capturados en análisis de tejido completo.
Los genes diferencialmente expresados enriquecen vías moleculares vinculadas al neurodesarrollo y a la función sináptica, e implican un núcleo de factores de transcripción coexpresados relacionados con variantes genéticas de riesgo para esquizofrenia y retrasos en el desarrollo. La validación de estos factores de transcripción se realizó mediante CUT&Tag en núcleos neuronales aislados.
Los cambios transcriptómicos y los factores reguladores propuestos se enriquecieron con genes que contienen variantes de riesgo comunes y raras para la esquizofrenia, mostrando que las variantes genéticas a lo largo del espectro de frecuencia tienden a dirigirse a genes con alteraciones de expresión en neuronas excitadoras de pacientes con esquizofrenia.
Por último, identificamos dos subpoblaciones de sujetos con esquizofrenia basadas en la magnitud de los cambios transcriptómicos. La heterogeneidad transcriptómica dentro de las cohortes se relacionó con estados celulares específicos presentes en múltiples poblaciones neuronales, marcados por genes vinculados a la función sináptica y al metabolismo de un carbono, sugiriendo genes que caracterizan distintos fenotipos moleculares de la esquizofrenia.
CONCLUSIÓN
Nuestros hallazgos proporcionan un recurso valioso para el estudio de la fisiopatología molecular de la esquizofrenia con una resolución a nivel celular, iluminando la desregulación preferencial de poblaciones neuronales específicas y su potencial rol en la mediación del riesgo genético. En conjunto, indican una convergencia entre factores de riesgo genéticos etiológicos, desregulación transcripcional en neuronas y manifestaciones sintomáticas en la esquizofrenia.
