Desregulação progressiva de rnas circulares no hipocampo de um modelo animal transgênico de amiloidose

Abstract

A doença de Alzheimer (DA) é uma doença neurodegenerativa que leva a grave comprometimento das funções cognitivas, sendo a causa mais comum de demência entre idosos. O número de casos de DA está em constante aumento e estima-se que triplique até 2050, chegando a 139 milhões de casos, representando um problema global de saúde pública. Nos últimos anos, os RNAs circulares (circRNAs), um novo grupo de RNAs não codificantes, emergiu como reguladores transcricionais importantes. Sua estrutura circular confere maior estabilidade e resistentes à degradação em comparação com os RNAs lineares. Estudos recentes relatam o enriquecimento de circRNAs no sistema nervoso central (SNC), destacando sua importância no desenvolvimento neuronal e transmissão sináptica. Além disso, evidências sugerem que as desregulações dos circRNAs podem estar envolvidas no desenvolvimento de doenças cerebrais, como a DA. Dessa forma, o objetivo desta dissertação é investigar as alterações na transcrição de circRNAs no hipocampo, uma região do cérebro altamente vulnerável à DA, em um modelo de camundongo transgênico amiloide amplamente utilizado na literatura, o APPswe/PSEN1dE9. Para isso, foi utilizado bancos de dados de sequenciamento de RNA hipocampal de circRNAs provenientes de bases científicas como NCBI, Pubmed e Web of Science. Identificamos circRNAs diferencialmente expressos (CDES) entre os animais transgênicos e os animais selvagens pareados por idade, utilizando o algoritmo CIRI2 e o método DESeq2 com p < 0,01. Realizamos análises de enriquecimento funcional no Gene Ontology (GO) usando pacotes como ClusterProfiler para investigar as funções biológicas associadas aos genes precursores dos CDES. Além disso, utilizamos o pacote UpSetR para identificar os circRNAs comumente alterados entre os diferentes estudos e os bancos de dados circFunBase e pelo MiRDB para prever as redes de interações circRNAs-miRNAs-mRNAs. Entre os 8 bancos de dados encontrados, utilizamos três pois tinham dados de circRNA hipocampal de camundongos APPswe/PSEN1dE9 de 4, 6 e 8 meses de idade (GSE166393; GSE158995; e PRJNA712946, n = 3 por grupo). O beta-amiloide (Aβ) começa a se depositar a partir dos seis meses no hipocampo APPswe/PSEN1dE9. Assim, os resultados revelaram uma progressiva expressão diferencial de circRNAs no hipocampo dos camundongos APP/PS1 com o avanço da idade: 41 (4 meses), 82 (6 meses) e 425 (8 meses). Identificamos clusters relacionados principalmente à função sináptica, aprendizado e memória, desenvolvimento embrionário e transporte de íons nas análises de enriquecimento funcional. Além disso, encontramos 15 genes precursores de circRNAs compartilhados em pelo menos duas idades e o gene CCDC14 compartilhado entre os três estudos nas análises de UpSetR. Com esse resultado, também identificamos as redes de interações circRNA-miRNA-mRNA associadas aos genes Fmn1, Ndst3, Atp11b e Homer1. Nossos achados sugerem que os circRNAs desempenham um papel importante na DA, fornecendo evidências das alterações de circRNAs no hipocampo em um modelo animal. Suas alterações podem estar relacionadas aos processos neurodegenerativos característicos da doença. Considerando o papel dos circRNAs como reguladores da transcrição, é plausível argumentar que essas mudanças progressivas podem afetar a expressão gênica em regiões cerebrais relacionadas à DA. Surpreendentemente, os genes precursores de circRNAs mostraram-se associados à doença, fornecendo mais indícios da participação dos circRNAs na DA. Embora tenhamos obtido poucas redes de interações, observamos que muitos mRNAs são indiretamente regulados por esses circRNAs. No entanto, ainda há muito a ser investigado, incluindo a compreensão dos mecanismos regulatórios dessas moléculas e a identificação de genes e vias afetados. O estudo dos circRNAs na DA pode contribuir para o desenvolvimento de estratégias de diagnóstico precoce e terapias direcionadas.

Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disorder that leads to severe impairment of cognitive functions, representing the most common cause of dementia among the elderly. The number of AD cases is continually rising, and it is estimated to triple by 2050, reaching 139 million cases, posing a global public health issue. In recent years, circular RNAs (circRNAs), a novel group of non-coding RNAs, have emerged as crucial transcriptional regulators. Their circular structure confers greater stability and resistance to degradation compared to linear RNAs. Recent studies report an enrichment of circRNAs in the central nervous system (CNS), emphasizing their significance in neuronal development and synaptic transmission. Furthermore, evidence suggests that circRNA dysregulations may be involved in the development of brain diseases, such as AD. Therefore, the aim of this dissertation is to investigate transcriptional changes in circRNAs in the hippocampus, a region highly vulnerable to AD, using a widely employed transgenic mouse model of amyloid, the APPswe/PSEN1dE9. To achieve this, we utilized hippocampal circRNA RNA sequencing datasets from scientific databases such as NCBI, Pubmed, and Web of Science. Differentially expressed circRNAs (CDES) were identified between transgenic and age-matched wild-type animals using the CIRI2 algorithm and the DESeq2 method with p < 0.01. Functional enrichment analyses were conducted using Gene Ontology (GO), employing packages like ClusterProfiler to investigate biological functions associated with CDES precursor genes. Additionally, the UpSetR package was used to identify commonly altered circRNAs across different studies, and circFunBase and MiRDB databases were employed to predict circRNA-miRNA-mRNA interaction networks. Out of the eight databases initially identified, three were chosen due to containing hippocampal circRNA data from APPswe/PSEN1dE9 mice at 4, 6, and 8 months of age (GSE166393, GSE158995, and PRJNA712946, n = 3 per group). Amyloid-beta (Aβ) deposition begins at six months in the hippocampus of APPswe/PSEN1dE9 mice. Consequently, the results revealed a progressive differential expression of circRNAs in the hippocampus of APP/PS1 mice with advancing age: 41 (4 months), 82 (6 months), and 425 (8 months). Clusters related mainly to synaptic function, learning and memory, embryonic development, and ion transport were identified in functional enrichment analyses. Furthermore, 15 precursor genes of circRNAs were shared at least between two ages, with the CCDC14 gene being shared among all three studies in UpSetR analyses. These results allowed us to identify circRNA-miRNA-mRNA interaction networks associated with the genes Fmn1, Ndst3, Atp11b, and Homer. Our findings suggest that circRNAs play an important role in AD, providing evidence of circRNA alterations in the hippocampus in an animal model. These changes may be related to the characteristic neurodegenerative processes of the disease. Considering the role of circRNAs as transcriptional regulators, it is plausible to argue that these progressive changes may affect gene expression in brain regions related to AD. Surprisingly, circRNA precursor genes have shown associations with the disease, providing further evidence of circRNA involvement in AD. Although we obtained few interaction networks, we observed that many mRNAs are indirectly regulated by these circRNAs. However, there is still much to be investigated, including understanding the regulatory mechanisms of these molecules and identifying affected genes and pathways. The study of circRNAs in AD may contribute to the development of early diagnostic strategies and targeted therapies.