JM
Justyna Mleczko
Author with expertise in Molecular Basis of Rett Syndrome and Related Disorders
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
4
(75% Open Access)
Cited by:
988
h-index:
10
/
i10-index:
10
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Transcriptome-wide isoform-level dysregulation in ASD, schizophrenia, and bipolar disorder

Michael Gandal et al.Dec 13, 2018
+86
E
P
M
INTRODUCTION Our understanding of the pathophysiology of psychiatric disorders, including autism spectrum disorder (ASD), schizophrenia (SCZ), and bipolar disorder (BD), lags behind other fields of medicine. The diagnosis and study of these disorders currently depend on behavioral, symptomatic characterization. Defining genetic contributions to disease risk allows for biological, mechanistic understanding but is challenged by genetic complexity, polygenicity, and the lack of a cohesive neurobiological model to interpret findings. RATIONALE The transcriptome represents a quantitative phenotype that provides biological context for understanding the molecular pathways disrupted in major psychiatric disorders. RNA sequencing (RNA-seq) in a large cohort of cases and controls can advance our knowledge of the biology disrupted in each disorder and provide a foundational resource for integration with genomic and genetic data. RESULTS Analysis across multiple levels of transcriptomic organization—gene expression, local splicing, transcript isoform expression, and coexpression networks for both protein-coding and noncoding genes—provides an in-depth view of ASD, SCZ, and BD molecular pathology. More than 25% of the transcriptome exhibits differential splicing or expression in at least one disorder, including hundreds of noncoding RNAs (ncRNAs), most of which have unexplored functions but collectively exhibit patterns of selective constraint. Changes at the isoform level, as opposed to the gene level, show the largest effect sizes and genetic enrichment and the greatest disease specificity. We identified coexpression modules associated with each disorder, many with enrichment for cell type–specific markers, and several modules significantly dysregulated across all three disorders. These enabled parsing of down-regulated neuronal and synaptic components into a variety of cell type– and disease-specific signals, including multiple excitatory neuron and distinct interneuron modules with differential patterns of disease association, as well as common and rare genetic risk variant enrichment. The glial-immune signal demonstrates shared disruption of the blood-brain barrier and up-regulation of NFkB-associated genes, as well as disease-specific alterations in microglial-, astrocyte-, and interferon-response modules. A coexpression module associated with psychiatric medication exposure in SCZ and BD was enriched for activity-dependent immediate early gene pathways. To identify causal drivers, we integrated polygenic risk scores and performed a transcriptome-wide association study and summary-data–based Mendelian randomization. Candidate risk genes—5 in ASD, 11 in BD, and 64 in SCZ, including shared genes between SCZ and BD—are supported by multiple methods. These analyses begin to define a mechanistic basis for the composite activity of genetic risk variants. CONCLUSION Integration of RNA-seq and genetic data from ASD, SCZ, and BD provides a quantitative, genome-wide resource for mechanistic insight and therapeutic development at Resource.PsychENCODE.org. These data inform the molecular pathways and cell types involved, emphasizing the importance of splicing and isoform-level gene regulatory mechanisms in defining cell type and disease specificity, and, when integrated with genome-wide association studies, permit the discovery of candidate risk genes. The PsychENCODE cross-disorder transcriptomic resource. Human brain RNA-seq was integrated with genotypes across individuals with ASD, SCZ, BD, and controls, identifying pervasive dysregulation, including protein-coding, noncoding, splicing, and isoform-level changes. Systems-level and integrative genomic analyses prioritize previously unknown neurogenetic mechanisms and provide insight into the molecular neuropathology of these disorders.
0
Citation985
0
Save
3

Transcriptional and epigenetic characterization of early striosomes identifies Foxf2 and Olig2 as factors required for development of striatal compartmentation and neuronal phenotypic differentiation

Maria‐Daniela Cirnaru et al.May 22, 2020
+16
K
S
M
Abstract The basal ganglia, best known for processing information required for multiple aspects of movement, is also part of a network which regulates reward and cognition. The major output nucleus of the basal ganglia is the striatum, and its functions are dependent on neuronal compartmentation, including striosomes and matrix, which are selectively affected in disease. Striatal projection neurons are GABAergic medium spiny neurons (MSNs), all of which share basic molecular signatures but are subtyped by selective expression of receptors, neuropeptides, and other gene families. Neurogenesis of the striosome and matrix occurs in separate waves, but the factors regulating terminal neuronal differentiation following migration are largely unidentified. We performed RNA- and ATAC-seq on sorted murine striosome and matrix cells at postnatal day 3. Focusing on the striosomal compartment, we validated the localization and role of transcription factors and their regulator(s), previously not known to be associated with striatal development, including Irx1, Foxf2, Olig2 and Stat1/2 . In addition, we validated the enhancer function of a striosome-specific open chromatin region located 15Kb downstream of the Olig2 gene. These data and data bases provide novel tools to dissect and manipulate the networks regulating MSN compartmentation and differentiation and thus provide new approaches to establishing MSN subtypes from human iPSCs for disease modeling and drug discovery.
3
Citation3
0
Save
0

Viral expression of a SERCA2a-activating PLB mutant improves calcium cycling and synchronicity in dilated cardiomyopathic hiPSC-CMs

Daniel Stroik et al.Jul 11, 2019
+5
J
D
D
There is increasing momentum toward the development of gene therapy for heart failure (HF), cardiomyopathy, and other progressive cardiac diseases that correlate with impaired calcium (Ca2+) transport and reduced contractility. We have used FRET between fluorescently-tagged SERCA2a (the cardiac Ca2+ pump) and PLB (its ventricular peptide inhibitor) to test directly the effectiveness of loss-of-inhibition/gain-of-binding (LOI/GOB) PLB mutants (PLBM) that were engineered to compete with the binding of inhibitory wild type PLB (PLBWT). Our therapeutic strategy is to relieve PLBWT inhibition of SERCA2a by utilizing the reserve adrenergic capacity of PLB to enhance baseline cardiac contractility. Using a FRET assay, we determined that the combination of a LOI PLB mutation (L31A) and a GOB PLB mutation (I40A) results in a novel engineered LOI/GOB PLBM (L31A/I40A) that effectively competes with PLBWT binding to cardiac SERCA2a in HEK293-6E cells. We demonstrated that co-expression of L31A/I40A-PLBM enhances SERCA Ca-ATPase activity by increasing enzyme Ca2+ affinity (1/KCa) in PLBWT-inhibited HEK cell homogenates. For an initial assessment of PLBM physiological effectiveness, we used human induced pluripotent stem cell derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) from a healthy individual. In this system, we observed that adeno-associated virus 2 (rAAV2)-driven expression of L31A/I40A-PLBM enhances the amplitude of SR Ca2+ release and the rate of SR Ca2+ re-uptake. To assess therapeutic potential, we used an hiPSC-CM model of dilated cardiomyopathy (DCM) containing PLB mutation R14del, where we observed that rAAV2-driven expression of L31A/I40A-PLBM rescues arrhythmic Ca2+ transients and alleviates decreased Ca2+ transport. Based on these results, PLBM transgene expression is a promising gene therapy strategy for cardiomyopathies associated with impaired Ca2+ transport and decreased contractility.* Ca2+ : (calcium) B2M : (β2-microglobulin) DCM : (dilated cardiomyopathy) ER : (endoplasmic reticulum) FLT : (fluorescence lifetime) FRET : (fluorescence resonance energy transfer) GOB : (gain of binding function) GFP : (green fluorescent protein) hiPSC-CM : (human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocyte) HEK : (human embryonic kidney) HF : (heart failure) LOI : (loss of inhibitory function) mAb : (monoclonal antibody) miRNA : (microRNA) pAb : (polyclonal antibody) PLB : (phospholamban) PLBM : (phospholamban mutant) PLBWT : (wild type phospholamban) rAAV : (recombinant adeno-associated virus) RFP : (red fluorescent protein) SERCA2a : (sarcoendoplasmic reticulum calcium ATPase 2a) SR : (sarcoplasmic reticulum)
2

Reactive or transgenic increase in microglial TYROBP reveals a TREM2-independent TYROBP-APOE link in wild-type and Alzheimer’s-related mice

Mickaël Audrain et al.Aug 19, 2020
+6
M
J
M
ABSTRACT Microglial TYROBP (also known as DAP12) has been identified by computational transcriptomics as a network hub and driver in late-onset sporadic Alzheimer’s disease (AD) and as an important regulator of the microglial environmental sensing function. TYROBP is the transmembrane adaptor of AD-related receptors TREM2 and CR3, but importantly, TYROBP interacts with many other receptors, and little is known about its roles in microglial action and/or in the pathogenesis of AD. Herein, using dual RNA in situ hybridization and immunohistochemistry, we demonstrate that endogenous Tyrobp transcription is increased specifically in recruited microglia in the brains of wild-type and AD-related mouse models. To determine whether chronically elevated TYROBP might modify microglial phenotype and/or progression of AD pathogenesis, we generated a novel transgenic mouse overexpressing TYROBP in microglia. TYROBP-overexpressing mice were crossed with either APP/PSEN1 or MAPT P301S mice, resulting in a decrease of the amyloid burden in the former and an increase of TAU phosphorylation in the latter. Apolipoprotein E ( Apoe ) transcription was upregulated in MAPT P301S mice overexpressing TYROBP and transcription of genes previously associated with Apoe , including Axl , Ccl2 , Tgfβ and Il6 , was altered in both APP/PSEN1 and MAPT P301S mice overexpressing TYROBP. Lastly, Tyrobp and Apoe mRNAs were clearly increased in Trem2 -null mice in microglia recruited around a cortical stab injury or amyloid-β (Aβ) deposits. Conversely, microglial Apoe transcription was dramatically diminished when Tyrobp was absent. Our results provide compelling evidence that TYROBP-APOE signaling in the microglial sensome does not require TREM2. We propose that activation of a TREM2-independent TYROBP-APOE signaling could be an early or even initiating step in the transformation of microglia from the homeostatic phenotype to the Disease-Associated Microglia (DAM) phenotype.