Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Giảm biểu hiện gen Wnt không cổ điển Prickle2 dẫn đến những bất thường ở tế bào Purkinje của tiểu não trong khi các hành vi do tiểu não điều khiển vẫn được giữ nguyên
Springer Science and Business Media LLC - Trang 1-13 - 2024
Tóm tắt
Rối loạn phổ tự kỷ (ASD) liên quan đến những bất thường trong não bộ góp phần vào một loạt các triệu chứng bao gồm tính không linh hoạt trong hành vi, rối loạn nhận thức, khó khăn trong học tập, tương tác xã hội thay đổi và khó khăn trong việc nhận thức thời gian. Mặc dù một biến thể gen đơn lẻ không gây ra ASD, các biến thể gen như một biến thể liên quan đến gen tín hiệu Wnt không cổ điển, Prickle2, đã được tìm thấy ở những cá nhân mắc ASD. Các nghiên cứu trước đây xem xét các kiểu hình của chuột knockout Prickle2 (Prickle2−/−) và chuột dị hợp tử (Prickle2−/+) cho thấy các mẫu hành vi tương tự như ở những cá nhân mắc ASD, bao gồm sự thay đổi trong tương tác xã hội và tính không linh hoạt trong hành vi. Bằng chứng ngày càng tăng cho thấy tiểu não có liên quan đến ASD. Do Prickle2 được biểu hiện trong tiểu não, mô hình động vật này mang đến một cơ hội độc đáo để điều tra sự đóng góp của tiểu não vào các kiểu hình giống như tự kỷ. Ở đây, chúng tôi khám phá những bất thường cấu trúc và sinh lý ở tiểu não của các động vật có sự giảm biểu hiện Prickle2 bằng cách sử dụng hóa miễn dịch mô học, điện sinh lý patch clamp toàn tế bào, và một số nhiệm vụ vận động và thời gian liên quan đến tiểu não, bao gồm thời gian khoảng cách và huấn luyện nháy mắt. Về mặt mô học, chuột Prickle2−/− có nhiều khoảng trống hoặc khoảng cách giữa các tế bào Purkinje ở các thùy sau và khả năng tế bào Purkinje phát xung điện thế giảm đi. Những bất thường cấu trúc ở tiểu não này không làm suy yếu các hành vi liên quan đến tiểu não, khi huấn luyện nháy mắt và thời gian khoảng cách vẫn được giữ nguyên. Do đó, mặc dù chuột Prickle−/− cho thấy các kiểu hình cổ điển của ASD, chúng không tái hiện sự tham gia của tiểu não ở người lớn và có thể không đại diện cho sự heterogeneity sinh lý bệnh của rối loạn này.
Từ khóa
#Rối loạn phổ tự kỷ #gen Prickle2 #tiểu não #tế bào Purkinje #hành viTài liệu tham khảo
Geschwind DH, Levitt P. Autism spectrum disorders: developmental disconnection syndromes. Curr Opin Neurobiol. 2007;17(1):103–11. https://doi.org/10.1016/j.conb.2007.01.009.
Bryson SE, Smith IM. Epidemiology of autism: prevalence, associated characteristics, and implications for research and service delivery. Ment Retard Dev Disabil Res Rev. 1998;4(2):97–103.
Amaral DG, Schumann CM, Nordahl CW. Neuroanatomy of autism. Trends Neurosci. 2008;31(3):137–45.
Donovan APA, Basson MA. The neuroanatomy of autism—a developmental perspective. J Anat. 2017;230(1):4–15. https://doi.org/10.1111/joa.12542.
Palmen SJMC. Neuropathological findings in autism. Brain. 2004;127(12):2572–83. https://doi.org/10.1093/brain/awh287.
Bailey A, Luthert P, Dean A, Harding B, Janota I, Montgomery M, Rutter M, Lantos P. A clinicopathological study of autism. Brain: A J Neurol. 1998;121(Pt 5):889–905.
Fatemi SH, Aldinger KA, Ashwood P, Bauman ML, Blaha CD, Blatt GJ, Chauhan A, Chauhan V, Dager SR, Dickson PE, Estes AM, Goldowitz D, Heck DH, Kemper TL, King BH, Martin LA, Millen KJ, Mittleman G, Mosconi MW, et al. Consensus paper: pathological role of the cerebellum in autism. Cerebellum (London, England). 2012;11(3):777–807. https://doi.org/10.1007/s12311-012-0355-9.
Mapelli L, Soda T, D’Angelo E, Prestori F. The cerebellar involvement in autism spectrum disorders: from the social brain to mouse models. Int J Mol Sci. 2022;23(7):3894. https://doi.org/10.3390/ijms23073894.
Dickson PE, Rogers TD, Mar ND, Martin LA, Heck D, Blaha CD, Goldowitz D, Mittleman G. Behavioral flexibility in a mouse model of developmental cerebellar Purkinje cell loss. Neurobiol Learn Mem. 2010;94(2):220–8. https://doi.org/10.1016/j.nlm.2010.05.010.
Martin LA, Goldowitz D, Mittleman G. Repetitive behavior and increased activity in mice with Purkinje cell loss: a model for understanding the role of cerebellar pathology in autism. Eur J Neurosci. 2010;31(3):544–55. https://doi.org/10.1111/j.1460-9568.2009.07073.x.
Stoodley CJ, D’Mello AM, Ellegood J, Jakkamsetti V, Liu P, Nebel MB, Gibson JM, Kelly E, Meng F, Cano CA, Pascual JM, Mostofsky SH, Lerch JP, Tsai PT. Altered cerebellar connectivity in autism and cerebellar-mediated rescue of autism-related behaviors in mice. Nat Neurosci. 2017;20(12):1744–51. https://doi.org/10.1038/s41593-017-0004-1.
Tsai PT, Hull C, Chu Y, Greene-Colozzi E, Sadowski AR, Leech JM, Steinberg J, Crawley JN, Regehr WG, Sahin M. Autistic-like behaviour and cerebellar dysfunction in Purkinje cell Tsc1 mutant mice. Nature. 2012;488(7413):647–51. https://doi.org/10.1038/nature11310.
Geschwind DH. Genetics of autism spectrum disorders. Trends Cogn Sci. 2011;15(9):409–16. https://doi.org/10.1016/j.tics.2011.07.003.
Muhle R, Trentacoste SV, Rapin I. The genetics of autism. Pediatrics. 2004;113(5):e472–86.
Maria Christina Schwaibold E, Zoll B, Burfeind P, Hobbiebrunken E, Wilken B, Funke R, Shoukier M. A 3p interstitial deletion in two monozygotic twin brothers and an 18-year-old man: further characterization and review. Am J Med Genet Part A. 2013;n/a-n/a https://doi.org/10.1002/ajmg.a.36129.
Okumura A, Yamamoto T, Miyajima M, Shimojima K, Kondo S, Abe S, Ikeno M, Shimizu T. 3p Interstitial deletion including PRICKLE2 in identical twins with autistic features. Pediatr Neurol. 2014;51(5):730–3. https://doi.org/10.1016/j.pediatrneurol.2014.07.025.
Sowers LP, Loo L, Wu Y, Campbell E, Ulrich JD, Wu S, Paemka L, Wassink T, Meyer K, Bing X, El-Shanti H, Usachev YM, Ueno N, Manak RJ, Shepherd AJ, Ferguson PJ, Darbro BW, Richerson GB, Mohapatra DP, et al. Disruption of the non-canonical Wnt gene PRICKLE2 leads to autism-like behaviors with evidence for hippocampal synaptic dysfunction. Mol Psychiatry. 2013;18(10):1077–89. https://doi.org/10.1038/mp.2013.71.
Veeman MT, Axelrod JD, Moon RT. A second canon. Dev Cell. 2003;5(3):367–77. https://doi.org/10.1016/S1534-5807(03)00266-1.
Fujimura L, Watanabe-Takano H, Sato Y, Tokuhisa T, Hatano M. Prickle promotes neurite outgrowth via the dishevelled dependent pathway in C1300 cells. Neurosci Lett. 2009;467(1):6–10. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2009.09.050.
Mrkusich EM, Flanagan DJ, Whitington PM. The core planar cell polarity gene prickle interacts with flamingo to promote sensory axon advance in the Drosophila embryo. Dev Biol. 2011;358(1):224–30. https://doi.org/10.1016/j.ydbio.2011.07.032.
Tissir F, Goffinet AM. Expression of planar cell polarity genes during development of the mouse CNS. Eur J Neurosci. 2006;23(3):597–607. https://doi.org/10.1111/j.1460-9568.2006.04596.x.
Okuda H, Miyata S, Mori Y, Tohyama M. Mouse Prickle1 and Prickle2 are expressed in postmitotic neurons and promote neurite outgrowth. FEBS Lett. 2007;581(24):4754–60. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2007.08.075.
Yagi T, Tokunaga T, Furuta Y, Nada S, Yoshida M, Tsukada T, Saga Y, Takeda N, Ikawa Y, Aizawa S. A novel ES cell line, TT2, with high germline-differentiating potency. Anal Biochem. 1993;214(1):70–6. https://doi.org/10.1006/abio.1993.1458.
Olesen MV, Needham EK, Pakkenberg B. The optical fractionator technique to estimate cell numbers in a rat model of electroconvulsive therapy. J Vis Exp. 2017;125:55737. https://doi.org/10.3791/55737.
Carper RA. Inverse correlation between frontal lobe and cerebellum sizes in children with autism. Brain. 2000;123(4):836–44. https://doi.org/10.1093/brain/123.4.836.
Courchesne E, Yeung-Courchesne R, Press GA, Hesselink JR, Jernigan TL. Hypoplasia of cerebellar vermal lobules VI and VII in autism. N Engl J Med. 1988;318(21):1349–54. https://doi.org/10.1056/NEJM198805263182102.
Kaufmann WE, Cooper KL, Mostofsky SH, Capone GT, Kates WR, Newschaffer CJ, Bukelis I, Stump MH, Jann AE, Lanham DC. Specificity of cerebellar vermian abnormalities in autism: a quantitative magnetic resonance imaging study. J Child Neurol. 2003;18(7):463–70. https://doi.org/10.1177/08830738030180070501.
Piochon C, Titley HK, Simmons DH, Grasselli G, Elgersma Y, Hansel C. Calcium threshold shift enables frequency-independent control of plasticity by an instructive signal. Proc Natl Acad Sci. 2016;113(46):13221–6. https://doi.org/10.1073/pnas.1613897113.
Freeman JH, Nicholson DA. Neuronal activity in the cerebellar interpositus and lateral pontine nuclei during inhibitory classical conditioning of the eyeblink response. Brain Res. 1999;833(2):225–33. https://doi.org/10.1016/S0006-8993(99)01547-4.
Lim R, Zaheer A, Khosravi H, Freeman JH Jr, Halverson HE, Wemmie JA, Yang B. Impaired motor performance and learning in glia maturation factor-knockout mice. Brain Res. 2004;1024(1–2):225–32. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2004.08.003.
Wemmie JA, Chen J, Askwith CC, Hruska-Hageman AM, Price MP, Nolan BC, Yoder PG, Lamani E, Hoshi T, Freeman JH, Welsh MJ. The acid-activated ion channel ASIC contributes to synaptic plasticity, learning, and memory. Neuron. 2002;34(3):463–77. https://doi.org/10.1016/s0896-6273(02)00661-x.
Parker KL, Chen K-H, Kingyon JR, Cavanagh JF, Naryanan NS. Medial frontal ~4 Hz activity in humans and rodents is attenuated in PD patients and in rodents with cortical dopamine depletion. J Neurophysiol., jn.00412.2015. 2015; https://doi.org/10.1152/jn.00412.2015.
Parker KL, Ruggiero RN, Narayanan NS. Infusion of D1 dopamine receptor agonist into medial frontal cortex disrupts neural correlates of interval timing. Front Behav Neurosci. 2015;9:294. https://doi.org/10.3389/fnbeh.2015.00294.
Voogd J. The anatomy of the cerebellum. Trends Neurosci. 1998;21(9):370–5. https://doi.org/10.1016/S0166-2236(98)01318-6.
Pierce JE, Thomasson M, Voruz P, Selosse G, Péron J. Explicit and implicit emotion processing in the cerebellum: a meta-analysis and systematic review. Cerebellum. 2022. https://doi.org/10.1007/s12311-022-01459-4.
Schmahmann JD. The cerebellum and cognition. Neurosci Lett. 2019;688:62–75. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2018.07.005.
Carvalho JR, Fortunato IC, Fonseca CG, Pezzarossa A, Barbacena P, Dominguez-Cejudo MA, Vasconcelos FF, Santos NC, Carvalho FA, Franco CA. Non-canonical Wnt signaling regulates junctional mechanocoupling during angiogenic collective cell migration. eLife. 2019;8:e45853. https://doi.org/10.7554/eLife.45853.
Han K-S, Guo C, Chen CH, Witter L, Osorno T, Regehr WG. Ephaptic coupling promotes synchronous firing of cerebellar purkinje cells. Neuron. 2018;100(3):564–578.e3. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2018.09.018.
Freeman JH. Cerebellar learning mechanisms. Brain Res. 2015;1621:260–9. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2014.09.062.
Ito M. Historical review of the significance of the cerebellum and the role of purkinje cells in motor learning. Ann N. Y. Acad Sci. 2002;978(1 THE CEREBELLU):273–88. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.2002.tb07574.x.
Dell’Orco JM, Pulst SM, Shakkottai VG. Potassium channel dysfunction underlies Purkinje neuron spiking abnormalities in spinocerebellar ataxia type 2. Hum Mol Genet. 2017;26(20):3935–45. https://doi.org/10.1093/hmg/ddx281.
Niday Z, Bean BP. BK channel regulation of afterpotentials and burst firing in cerebellar purkinje neurons. J Neurosci. 2021;41(13):2854–69. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0192-20.2021.
Muccioli S, Brillo V, Chieregato L, Leanza L, Checchetto V, Costa R. From channels to canonical Wnt signaling: a pathological perspective. Int J Mol Sci. 2021;22(9):4613. https://doi.org/10.3390/ijms22094613.
Hampson DR, Blatt GJ. Autism spectrum disorders and neuropathology of the cerebellum. Front Neurosci. 2015;9. https://doi.org/10.3389/fnins.2015.00420.
Shipman ML, Green JT. Cerebellum and cognition: does the rodent cerebellum participate in cognitive functions? Neurobiol Learn Mem. 2019. https://doi.org/10.1016/j.nlm.2019.02.006.
Bauman M, Kemper TL. Histoanatomic observations of the brain in early infantile autism. Neurology. 1985;35(6):866-6. https://doi.org/10.1212/WNL.35.6.866.
Whitney ER, Kemper TL, Bauman ML, Rosene DL, Blatt GJ. Cerebellar Purkinje cells are reduced in a subpopulation of autistic brains: a stereological experiment using calbindin-D28k. Cerebellum (London, England). 2008;7(3):406–16. https://doi.org/10.1007/s12311-008-0043-y.
Attwell PJE, Rahman S, Yeo CH. Acquisition of eyeblink conditioning is critically dependent on normal function in cerebellar cortical lobule HVI. J Neurosci. 2001;21(15):5715–22. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.21-15-05715.2001.
Heiney SA, Kim J, Augustine GJ, Medina JF. Precise control of movement kinematics by optogenetic inhibition of purkinje cell activity. J Neurosci. 2014;34(6):2321–30. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.4547-13.2014.
Steinmetz AB, Freeman JH. Localization of the cerebellar cortical zone mediating acquisition of eyeblink conditioning in rats. Neurobiol Learn Mem. 2014;114:148–54. https://doi.org/10.1016/j.nlm.2014.06.003.
Brochu G, Maler L, Hawkes R. Zebrin II: a polypeptide antigen expressed selectively by purkinje cells reveals compartments in rat and fish cerebellum. J Comp Neurol. 1990;291(4):538–52. https://doi.org/10.1002/cne.902910405.
Popa LS, Ebner TJ. Cerebellum, predictions and errors. Front Cell Neurosci. 2019;12:524. https://doi.org/10.3389/fncel.2018.00524.
Weible AP, McEchron MD, Disterhoft JF. Cortical involvement in acquisition and extinction of trace eyeblink conditioning. Behav Neurosci. 2000;114(6):1058–67.
Heslin KA, Purnell JR, De Corte BJ, Parker KL. A limited cerebellar contribution to suprasecond timing across differing task demands. Behav Neurosci. 2022;136(5):479–94. https://doi.org/10.1037/bne0000531.
Parker KL, Kim YC, Kelley RM, Nessler AJ, Chen K-H, Muller-Ewald VA, Andreasen NC, Narayanan NS. Delta-frequency stimulation of cerebellar projections can compensate for schizophrenia-related medial frontal dysfunction. Mol Psychiatry. 2017. https://doi.org/10.1038/mp.2017.50.