Analisi dell’espressione di cluster funzionali di geni codificanti proteine polyQ in dataset trascrittomici cerebrali umani

Repetitive traits of the amino acid glutamine or polyQ traits are frequently found in proteins expressed in the nervous system. These traits have physiological functions in regulating the function and interactions of the proteins that contain them. Furthermore, when due to genetic mutations they exceed a certain critical length in some proteins, they cause pathological protein aggregation and cell death with neurodegeneration, as in Huntington's disease. Recent studies indicate that clustered polyQ traits of genes / proteins associated with the same function in the nervous system have correlated evolutionary trajectories. On the basis of these observations, this research intends to clarify whether the same functional clusters of genes encoding polyQ proteins also show correlated expression patterns in the different central nervous system areas. For this purpose, we analyzed human transcriptomic datasets, derived from the Allen Brain Atlas, through a combination of bioinformatics and biostatistical approaches for correlation analysis and reduction of the dimensionality of the data (t-SNE). Our research identifies the expression patterns of the different functional classes of polyQ genes in the human brain and develops a series of bioinformatics and analytical tools for the analysis of the correlation between gene function and regional expression in the central nervous system.

Nelle proteine espresse nel sistema nervoso si trovano frequentemente tratti ripetitivi dell’aminoacido glutamina o tratti polyQ. Questi tratti hanno funzioni fisiologiche nella regolazione della funzione e delle interazioni delle proteine che li contengono. Inoltre, quando a causa di mutazioni genetiche essi superano una certa lunghezza critica in alcune proteine, essi causano aggregazione proteica patologica e morte cellulare con neurodegenerazione, come nella malattia di Huntington. Recenti studi indicano come i tratti polyQ in cluster di geni/proteine associati ad una medesima funzione nel sistema nervoso abbiano traiettorie evolutive correlate. Sulla base di queste osservazioni, questa ricerca intende chiarire se i medesimi cluster funzionali di geni codificanti proteine polyQ mostrino anche pattern di espressione correlati nelle diverse aree sistema nervoso centrale. A questo scopo abbiamo analizzato dataset trascrittomici umani, derivati dall’Allen Brain Atlas, attraverso una combinazione di approcci bioinformatici e biostatistici di analisi della correlazione e riduzione della dimensionalità dei dati (t-SNE). La nostra ricerca individua i pattern di espressione delle diverse classi funzionali di geni polyQ nell’encefalo umano e sviluppa una serie di strumenti bioinformatici ed analitici per l’analisi della correlazione tra funzione genica ed espressione regionale nel sistema nervoso centrale.