miRNA and mRNA expression in the hippocampal region during postnatal developments in rats

Abstract

Hjernestrukturene entorhinal cortex og hippocampus er viktige for minnefunksjon og navigering. Innenfor hver av disse strukturene finnes underregioner som har forskjellige celletyper og forbindelser i hjernen. Noen av celletypene og forbindelsene dannes før fødsel, mens andre kommer til etter fødsel. I tillegg spesialiseres alle celletypene etter fødsel. Alle disse begivenhetene kommer av en blanding av gener og miljøpåvirkning. Hovedmålet med dette arbeidet var å karakterisere genuttrykket i underregionene mens disse spesialiseres etter fødsel hos rotter, og finne potensiell molekylær basis for forskjellene som sees mellom underregionene. Artikkel 1 tar for seg to underregioner i hippocampus, den dorsale og ventrale delen. Flere egenskaper viser forskjeller langs denne aksen, inkludert elektrofysiologi, genuttrykk, og forbindelser til andre deler av hjernen. I tillegg er dorsal hippocampus viktig for minne og navigering, mens ventral hippocampus er mer involvert i følelser og angst-relatert oppførsel. Vi undersøkte når denne forskjellen var til stede etter fødsel basert på anatomi og genuttrykk. Anatomisk sett så vi ingen forskyvninger mellom den dorsale og ventrale delen, og forskjellene i hjerneforbindelser var til stede allerede den første uken etter fødsel. Vi fant også forskjeller i genuttrykk mellom dorsal og ventral hippocampus allerede ved fødsel, og mange av genene var fortsatt forskjellig uttrykt hos voksne dyr. Vi konkluderte derfor at forskjellene mellom dorsal og ventral hippocampus allerede er til stede den første uka etter fødsel. I artikkel 2 undersøkte vi forskjellene i uttrykket av mikroRNA og proteinkodende gener mellom lag II og de dypere lagene i medial entorhinal cortex ved fire tidspunkt etter fødsel. Lag II i entorhinal cortex inneholder en høy prosentandel av stellat nevroner, som har unikt utseende og elektrofysiologi, og påvirkes særlig i Alzheimer’s sykdom. Vi fant at forskjellene i uttrykk av både mikroRNA og protein-kodende gener var større mellom alder enn mellom lag. MikroRNA er små RNA molekyler som regulerer proteinsyntesen fra protein-kodende gener, og som har viktige funksjoner i hjerneutvikling og funksjon. For å finne hvilke gener som var regulert av mikroRNA molekyler med forskjellig uttrykk, fant vi gener som hadde konservert bindingssted for mikroRNA samt hadde motsatt uttrykksprofil. Når genene er kjent, kan en også finne ut potensielle funksjoner for mikroRNA. Vi fant at mikroRNA sannsynligvis bidrar til cellespesialisering i medial entorhinal cortex. Flere av mikroRNAene som hadde forskjeller i uttrykk mellom lag er også involvert i Alzheimer’s sykdom, som åpner for muligheten at disse bidrar til de molekylære sykdomsmekanismene. Vi sammenlignet også mikroRNA uttrykk mellom stellat nevroner og resten av cellene i medial entorhinal cortex. Et av mikroRNAene som var oppregulert i lag II, miR-143, var også høyere uttrykt i stellat nevronene. Analysen vår viste at miR-143 mest sannsynlig regulerer Lmo4 genet, som er viktig for navigeringsminnet samt utvikling av entorhinal cortex på fosterstadiet. I tillegg til forskjellene som finnes mellom lag i entorhinal cortex, ser man også forskjeller i celletyper, elektrofysiologi, og hjerneforbindelser mellom den laterale og den mediale delen av strukturen. Det finnes også forskjeller i minnefunksjon, da medial entorhinal cortex er mer involvert i navigering, mens lateral entorhinal cortex er involvert i minne for fysiske objekter og lukter. I artikkel 3 karakteriserte vi forskjellene i uttrykket av protein-kodende og ikkekodende gener mellom de to regionene ved fire forskjellige tidspunkt etter fødsel. Forskjellene mellom lag II og de dypere lagene i hver region ble også undersøkt. Vi fant at forskjellene i genuttrykk mellom de mediale og laterale delene var størst i lag II sammenliknet med de dypere lagene, og at mange av disse genene kodet for neuropeptidreseptorer, som er viktige for minnefunksjon. Forskjellene mellom lag II og de dypere lagene besto i strukturen som omgir cellene, blodkardannelse, nevronspesialisering og funksjon, samt myelindannelse. Basert på ulike genkategorier fant vi kandidatgener som kan forklare forskjellene i funksjon mellom ulike lag og mellom medial og lateral entorhinal cortex, inkludert gener involvert i nevronenes elektriske egenskaper, minnefunksjon, og sykdomssensitivitet. Dette arbeidet representer det første molekylære overblikket av forskjeller i underregioner av hippocampus og entorhinal cortex under utvikling etter fødsel. Dataene er gjort tilgjengelige for videre studier av den molekylære bakgrunnen for utvikling av minne- og navigeringsfunksjonene i disse regionene.