Global differential expression of genes located in the Down Syndrome Critical Region in normal human brain.

Abstract

Background: The information of gene expression obtained from databases, have made possible the extraction and analysis of data related with several molecular processes involving not only in brain homeostasis but its disruption in some neuropathologies; principally in Down syndrome and the Alzheimer disease. Objective: To correlate the levels of transcription of 19 genes located in the Down Syndrome Critical Region (DSCR) with their expression in several substructures of normal human brain. Methods: There were obtained expression profiles of 19 DSCR genes in 42 brain substructures, from gene expression values available at the database of the human brain of the Brain Atlas of the Allen Institute for Brain Sciences”, (http://human.brain-map.org/). The co-expression patterns of DSCR genes in brain were calculated by using multivariate statistical methods. Results: Highest levels of gene expression were registered at caudate nucleus, nucleus accumbens and putamen among central areas of cerebral cortex. Increased expression levels of RCAN1 that encode by a protein involved in signal transduction process of the CNS were recorded for PCP4 that participates in the binding to calmodulin and TTC3; a protein that is associated with differentiation of neurons. That previously identified brain structures play a crucial role in the learning process, in different class of memory and in motor skills. Conclusion: The precise regulation of DSCR gene expression is crucial to maintain the brain homeostasis, especially in those areas with high levels of gene expression associated with a remarkable process of learning and cognition..Introducción: La información de la expresión de genes consignada en bases de datos, ha permitido extraer y analizar información acerca procesos moleculares implicados tanto en la homeostasis cerebral y su alteración en algunas neuropatologías. Objetivos: Correlacionar los niveles de transcripción de 19 genes localizados en la región crítica del cromosoma 21, asociada a Síndrome de Down (DSCR), con la localización cerebral y su coexpresión en diferentes subestructuras del cerebro humano. Métodos: A partir de valores de expresión génica disponibles en la base de datos del proyecto cerebro humano del Atlas del Cerebro del “Allen Institute for Brain Sciences” (http://human.brain-map.org/), se construyeron perfiles de expresión de 19 genes DSCR en 42 subestructuras cerebrales. Además, utilizando métodos estadísticos multivariados se analizaron los patrones de coexpresión de genes DSCR en el cerebro normal. Resultados: En el núcleo caudado, el núcleo accumbens y el putamen además de las Áreas centrales 2, 3 y 4, se determinaron los valores de expresión más elevados para los genes incluidos RCAN1, que codifica para una proteína involucrada en el proceso de transducción de señales de SNC; PCP4 cuya proteína interviene en la unión a la calmodulina y TTC3 una proteína que interviene en la diferenciación de neuronas. Las subestructuras identificadas con una elevada expresión de estos genes, están asociadas con procesos de aprendizaje, en diferentes tipos de memoria y habilidades motoras. Conclusiones: La regulación de la expresión de los genes DSCR es clave para mantener la homeostasis cerebral, especialmente en aquellas áreas de mayor expresión, las cuales están asociadas con procesos sumamente importantes.