Attraversando dei cambiamenti: la tecnologia spaziale rivela la regolazione dell'RNA durante la pubertà nel cervello / Going through changes: spatial technology reveals pubescent RNA regulation in the brain

Attraversando dei cambiamenti: la tecnologia spaziale rivela la regolazione dell'RNA durante la pubertà nel cervello / Going through changes: spatial technology reveals pubescent RNA regulation in the brain

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Un nuovo approccio trascrittomico spaziale cattura la regolazione dei siti di splicing e poliadenilazione durante lo sviluppo del cervello in età puberale con una risoluzione quasi a livello di singola cellula.

Una collaborazione internazionale, guidata da ricercatori della Weill Cornell University (New York, USA), ha sviluppato un nuovo approccio spaziale per studiare le fasi critiche dell'elaborazione dell'RNA nel cervello, sia prima che dopo la pubertà. Questo approccio, che combina il sequenziamento a lettura lunga ed a lettura breve con un'innovativa tecnologia spaziale, supera le difficoltà nello studio di questi processi nel loro contesto biologico, offrendo una maggiore comprensione dello sviluppo cerebrale.

La pubertà rappresenta un periodo di cambiamento evolutivo che può influenzare la plasticità cerebrale, caratterizzata da modifiche nello splicing e nella poliadenilazione dell'RNA. Tuttavia, individuare le aree del cervello maggiormente interessate da queste modifiche si è rivelato difficile, a causa dell'utilizzo di tecnologie a bassa risoluzione con un'efficienza di cattura della trascrizione insufficiente.

Per superare i limiti dei metodi tradizionali, i ricercatori hanno combinato il sequenziamento a lettura lunga e a lettura breve con Slide-SeqV2 ( tecnologia Seeker™ ) per osservare la regolazione dello splicing e della poliadenilazione che si verifica in specifici strati corticali e tipi cellulari durante la pubertà. L'esecuzione simultanea di entrambi i tipi di sequenziamento ha permesso loro di descrivere le informazioni trascrizionali che abbracciano più esoni, conducendo al contempo analisi basate sull'espressione genica, offrendo così la più ampia comprensione trascrittomica del tessuto.

Il loro approccio trascrittomico spaziale specifico per tipo cellulare si chiama sequenziamento spaziale delle isoforme (Spl-ISO-Seq); esso codifica spazialmente le molecole di RNA in base alla loro posizione nel tessuto, consentendo una quantificazione precisa delle isoforme ed una risoluzione quasi a singola cellula che, insieme, forniscono un quadro più chiaro della diversità dei trascritti all'interno dei tessuti. Spl-ISO-Seq raggiunge questo risultato arricchendo i cDNA lunghi che attraversano gli esoni, il che si traduce in lunghezze di lettura molto maggiori rispetto alle preparazioni standard. Hanno anche sviluppato una suite software complementare che consente la deconvoluzione del codice a barre e l'analisi dell'espressione delle isoforme per supportare questo processo.

Applicando il loro approccio a campioni di tessuto della corteccia visiva post-mortem di soggetti prepuberi e postpuberi, hanno riscontrato differenze di sviluppo nella regolazione dell'RNA in diverse aree del cervello. La regolazione dello splicing e della poliadenilazione era più forte nella corteccia che nella sostanza bianca, con il quarto strato corticale che mostrava i cambiamenti di splicing regolati dallo sviluppo più marcati nei neuroni eccitatori e nei siti di poliadenilazione tra gli strati corticali. A valle di questa regolazione, i ricercatori hanno notato un arricchimento di elementi ripetitivi, che si è dimostrato essere espressi in tutto il cervello durante lo sviluppo. Tuttavia, hanno osservato che la regolazione degli oligodendrociti era più forte nella sostanza bianca che negli strati corticali. Inoltre, hanno riconosciuto un'associazione tra i cambiamenti di splicing e la struttura e la funzione postsinaptica.

Questo studio fornisce un caso interessante per l'impiego della tecnologia trascrittomica spaziale nello studio della regolazione genica durante lo sviluppo. Dimostra inoltre i vantaggi derivanti dall'utilizzo di questa tecnologia per mappare come l'elaborazione dell'RNA modella la funzione dei tessuti, con applicazioni che vanno oltre lo sviluppo, come ad esempio nelle neurodegenerazioni e nel cancro.

ENGLISH

A new spatial transcriptomic approach captures the regulation of splicing and polyadenylation sites during pubescent brain development at near-single-cell resolution.

An international collaboration, led by researchers from Weill Cornell University (NY, USA), has developed a new spatial approach to investigate critical RNA processing steps in the brain, both before and after puberty. This approach, combining long- and short-read sequencing with an innovative spatial technology, overcomes the challenges of studying these processes within their biological context, offering greater insight into brain development.

Puberty represents a period of developmental change, which can affect brain plasticity characterized by changes in RNA splicing and polyadenylation. However, investigating which areas of the brain are most strongly altered by these modifications has been a challenge, due to a reliance on low-resolution technologies with insufficient transcript capture efficiency.

To overcome the limitations of traditional methods, the researchers have combined long- and short-read sequencing with Slide-SeqV2 (Seeker™ technology) to observe the developmental regulation of splicing and polyadenylation that occurs in specific cortical layers and cell types during puberty. Their running of both long- and short-read sequencing in tandem meant that they were able to describe transcript information spanning multiple exons while also conducting gene-expression based analyses, offering the greatest transcriptomic insight into the tissue.

Their cell type-specific spatial transcriptomic approach is called spatial isoform sequencing (Spl-ISO-Seq); it spatially barcodes RNA molecules based on tissue placement, allowing for precise isoform quantification and near-single-cell resolution that together provide a clearer picture of transcript diversity within tissues. Spl-ISO-Seq achieves this by enriching for long, exon-spanning cDNAs, which results in much longer read lengths than standard preparations. They also developed a complementary software suite that enables barcode deconvolution and isoform expression analysis to assist with this process.

Applying their approach to prepubescent and postpubescent post-mortem visual cortex tissue samples, they found developmental differences in RNA regulation in different areas of the brain. Splicing and polyadenylation regulation was stronger in the cortex than in white matter, with cortical layer four showing the most developmentally regulated splicing changes in excitatory neurons and poly(A) sites among the cortical layers. Downstream of this regulation, the researchers noted an enrichment with repetitive elements, which have been shown to be expressed throughout the brain during development. However, they observed that oligodendrocyte regulation was stronger in white matter than in cortical layers. Furthermore, they recognized an association between splicing changes and postsynaptic structure and function.

This study provides an interesting case for deploying spatial transcriptomic technology to investigate gene regulation in development. It also demonstrates the advantages of using this technology for mapping how RNA processing shapes tissue function, with applications beyond development, such as neurodegeneration and cancer.

Da:

https://www.biotechniques.com/neuroscience/takarabio_sptl_spatial_going-through-changes-spatial-technology-reveals-pubescent-rna-regulation-in-the-brain/?utm_campaign=BioTechniques%20-%20Tech%20NL&utm_medium=email&_hsenc=p2ANqtz-9NA4LWwc2zH5LmLniGrpLkNzsnsAkjx36dKhLAnRXXSJcxFgTm-9S7J6wrNQulOjLHPp-0Gn6q5P1LunqJ1JbB5azs6crHRrZZOccwarQSQUmsQ_0&_hsmi=411569093&utm_content=411512400&utm_source=hs_email