Maternal Immune Activation Alters Brain microRNA Expression in Mouse Offspring with Autism Spectrum Disorder

Abstract

연구 목적: 모체 면역 활성화는 자폐 스펙트럼 장애의 대표적인 질병 기전 중 하나이다. 본 연구의 목적은 모체 면역 활성화를 이용한 자폐 스펙트럼 장애 쥐 모델에서 뇌 내 마이크로알엔에이 발현 변화 및 타겟 유전자를 규명하는 것이다.

방법: 모체 면역 활성화를 유발하기 위해 임신 쥐를 대상으로 polyriboinosinic:polyribocytidylic acid를 배아기 12.5일째에 복강 내 주사했다. 새끼 쥐의 자폐 스펙트럼 장애 표현형은 생후 7주째에 행동실험을 통해 평가했다. 생후 3주째에 적출한 새끼 쥐의 뇌조직에서 마이크로어레이와 알엔에이시퀀싱을 수행하여 각각 마이크로알엔에이와 전령알엔에이의 발현을 분석했다. 이후 마이크로알엔에이와 전령알엔에이 발현의 역 상관관계를 기반으로 자폐 스펙트럼 장애 쥐 모델에서 발현이 변화된 마이크로알엔에이의 타겟 유전자를 찾고 상호작용의 패턴을 확인했다. 이후 실시간 중합효소연쇄반응법으로 발현 결과를 확인하였다.

결과: 모체 면역 활성화 처리된 새끼 쥐에서 사회적 상호작용 결핍, 사전파동 억제의 감소 등 자폐 스펙트럼 장애의 행동 표현형이 관찰되었다. 자폐 스펙트럼 장애 쥐 모델의 뇌조직 분석 결과 대조군에 비해 유의하게 발현이 변화된 29개 마이크로알엔에이(증가 8개, 감소 21개) 및 758개 전령알엔에이(증가 542개, 감소 216개)를 확인하였다. 마이크로알엔에이의 타겟 유전자의 발현 변화를 분석한 결과, 상호작용이 유의하게 강화된 18개 발현 저하 마이크로알엔에이(340개 타겟 전령알엔에이)와 3개 발현 증가 마이크로알엔에이(60개 타겟 전령알엔에이)를 찾아냈다. 가장 유의한 상호작용을 보이는 마이크로알엔에이-전령알엔에이 조합은 각각 mmu-miR-466i-3p와 Hfm1 (ATP-dependent DNA helicase homolog), 그리고 mmu-miR-877-3p와 Aqp6 (aquaporin 6)로 나타났다.

결론: 본 연구 결과는 자폐 스펙트럼 장애 동물모델의 생후 초기의중추신경계 발달 과정에서 일어나는 마이크로알엔에이와 타겟 유전자들의 발현 이상에 대한 새로운 정보를 제시한다. 자폐 스펙트럼 장애의 질병 기전에 뇌 내 마이크로알엔에이 발현 변화가 작용하는 방식을 규명하기 위해 추가적인 연구가 필요하다.

Objective: Maternal immune activation (MIA) is associated with an increased risk of autism spectrum disorder (ASD) in offspring. In this study, we investigate the altered expression of microRNAs (miRNA), and that of their target genes, in the brains of MIA mouse offspring.

Methods: To generate MIA model mice, pregnant mice were injected with polyriboinosinic:polyribocytidylic acid on embryonic day 12.5. Behavioral phenotypes of ASD were evaluated at 7 weeks of age. We performed miRNA microarray and mRNA sequencing in order to determine the differential expression of miRNA and mRNA between MIA mice and controls, at 3 weeks of age. We further identified predicted target genes of dysregulated miRNAs, and miRNA-target interactions, based on the inverse correlation of their expression levels.

Results: Mice prenatally subjected to MIA exhibited behavioral abnormalities typical of ASD, such as a lack of preference for social novelty and reduced prepulse inhibition. We found 29 differentially expressed miRNAs (8 upregulated and 21 downregulated) and 758 differentially expressed mRNAs (542 upregulated and 216 downregulated) in MIA offspring compared to controls. Based on expression levels of the predicted target genes, 18 downregulated miRNAs (340 target genes) and 3 upregulated miRNAs (60 target genes) were found to be significantly enriched among the differentially expressed genes. miRNA and target gene interactions were most significant between mmu-miR-466i-3p and Hfm1 (ATP-dependent DNA helicase homolog), and between mmu-miR-877-3p and Aqp6 (aquaporin 6).

Conclusions: Our results provide novel information regarding miRNA expression changes and their putative targets in the early postnatal period of brain development. Future studies will be needed to understand the functional roles of dysregulated miRNAs and their targets in ASD.