L'haploinsuffisance de MYT1L dans les neurones humains et les souris provoque l'autisme

Psychiatrie moléculaire (2023)Citer cet article

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MYT1L est un facteur de transcription associé aux troubles du spectre autistique (TSA) qui est exprimé dans pratiquement tous les neurones tout au long de la vie. Comment les mutations MYT1L provoquent des phénotypes neurologiques et si elles peuvent être ciblées restent énigmatiques. Ici, nous examinons les effets du déficit en MYT1L sur les neurones humains et les souris. Les souris mutantes présentent des retards de développement neurologique avec des cortex plus minces, des phénotypes comportementaux et des changements d'expression génique qui ressemblent à ceux des patients atteints de TSA. Les gènes cibles de MYT1L, y compris WNT et NOTCH, sont activés lors de l'épuisement de MYT1L et leur inhibition chimique peut sauver la neurogenèse retardée in vitro. Le déficit en MYT1L provoque également une régulation à la hausse du principal canal sodique cardiaque, SCN5A, et une hyperactivité neuronale, qui pourraient être restaurées par l'inactivation médiée par le shRNA de la surexpression de SCN5A ou de MYT1L dans les neurones postmitotiques. L'application aiguë du bloqueur des canaux sodiques, la lamotrigine, a également sauvé des défauts électrophysiologiques in vitro et des phénotypes comportementaux in vivo. Par conséquent, la mutation MYT1L provoque à la fois des anomalies neurologiques développementales et postmitotiques. Cependant, une intervention aiguë peut normaliser les phénotypes électrophysiologiques et comportementaux résultants à l'âge adulte.

Le trouble du spectre autistique (TSA) est un trouble neurodéveloppemental (NDD) courant caractérisé par des changements de comportement, y compris des modèles sociaux modifiés [1]. Les TSA sont souvent associés à des conditions coexistantes, notamment l'épilepsie, la déficience intellectuelle et l'hyperactivité. Les mutations génétiques affectant la communication neuronale confèrent un risque accru de TSA et offrent des cibles thérapeutiques possibles [2]. Cependant, l'hétérogénéité génétique des TSA est énorme et de multiples régulateurs transcriptionnels ont récemment été associés à ce groupe de troubles. En effet, des modèles murins montrent que des mutations de remodeleurs de la chromatine, tels que Chd8 et des membres du complexe BAF comme Smarcc2, peuvent induire des phénotypes comportementaux [3,4,5,6], suggérant un rôle causal potentiel dans les TSA. Pourtant, leur contribution à la maladie et leur pertinence clinique restent souvent insaisissables [7], ce qui limite le développement de traitements ciblés pour les troubles mentaux associés aux régulateurs géniques au moment du diagnostic [8, 9].

Parmi les 91 régulateurs de la chromatine ou des gènes les plus fortement associés aux TSA (catégorie 1 ; [10]), MYT1L est exprimé de manière spécifique et continue dans pratiquement tous les neurones tout au long de la vie [10,11,12]. MYT1L est un facteur de transcription à doigt de zinc conservé et des mutations ont été rapportées chez des patients atteints de déficience intellectuelle, de schizophrénie, d'épilepsie et de TSA [13, 14, 15, 16, 17, 18], ce qui suggère que la régulation génique médiée par MYT1L peut être importante dans la prévention des NDD, y compris les TSA. En effet, 98 % (50 sur 51) des cas actuellement rapportés avec une délétion hétérozygote de MYT1L ou des mutations de perte de fonction ont été diagnostiqués avec un TSA et/ou une déficience intellectuelle [19]. Outre les caractéristiques comportementales, plusieurs patients porteurs de mutations MYT1L présentent également des retards de développement, de l'obésité, des convulsions et des malformations cérébrales [19]. MYT1L était l'un des trois facteurs originaux capables de reprogrammer directement les fibroblastes en neurones fonctionnels lors de la surexpression [20]. MYT1L est un répresseur transcriptionnel qui peut améliorer l'identité neuronale in vitro en réprimant activement plusieurs voies de développement, notamment WNT et NOTCH. Ceci est réalisé en partie grâce au recrutement de silencieux épigénétiques tels que SIN3/HDAC [21,22,23]. De manière inattendue, des expériences de reprogrammation ont également révélé que MYT1L se lie et réprime plusieurs programmes de gènes non neuronaux, tels que les gènes musculaires et fibroblastiques, suggérant un rôle de protection panneuronale qui fait taire d'autres gènes spécifiques à la lignée [21, 24, 25]. En effet, des études récentes ont décrit que l'haploinsuffisance de Myt1l, causée par une mutation par décalage de cadre de l'exon 15 de Myt1l ou la suppression de l'exon 9, induisait une altération du développement cérébral et des phénotypes comportementaux chez la souris [26, 27]. Cependant, un certain nombre de questions importantes restent sans réponse. Par exemple, il n'est pas clair si des mutations distinctes de MYT1L provoquent des phénotypes qui se chevauchent, comme suggéré sur la base des rapports de patients. De plus, aucune étude ne présente les effets de la déplétion de MYT1L dans les neurones humains. Enfin, les mécanismes moléculaires à l'origine des phénotypes neurologiques, et s'ils se prêtent à une intervention, sont inconnus.

Ici, nous avons utilisé des souris génétiquement modifiées et des neurones induits par l'homme pour étudier le rôle de MYT1L au cours du développement et en tant que nouvelle plateforme préclinique pour étudier les NDD associés à MYT1L. À l'aide de ces modèles translationnels, nous montrons que la déficience en MYT1L est suffisante pour induire des phénotypes associés à l'autisme, allant de la dérégulation de l'expression des gènes et de la neurogenèse retardée à l'amincissement cortical et au comportement altéré. Les gènes cibles de MYT1L, y compris les régulateurs WNT et NOTCH, ont été activés tôt lors de l'épuisement de MYT1L dans les neurones humains et l'inhibition de la voie chimique pourrait sauver les défauts de différenciation associés. Nous avons constaté que la perte de MYT1L provoquait également une régulation positive des gènes non neuronaux, y compris le canal sodique cardiaque SCN5A, et déclenchait une hyperactivité inattendue du réseau neuronal qui pouvait être sauvée par la surexpression de MYT1L ou l'inactivation de SCN5A. De plus, l'application aiguë du médicament approuvé lamotrigine a sauvé les phénotypes électrophysiologiques dans les neurones postmitotiques de souris et humains, ainsi que les phénotypes de comportement chez les souris adultes, offrant une avenue thérapeutique potentielle pour les patients atteints du syndrome MYT1L.

Aucune méthode statistique n'a été utilisée pour prédéterminer la taille de l'échantillon. Toutes les valeurs, y compris les répétitions et l'analyse statistique, sont disponibles dans les tableaux supplémentaires S2 à 8, 13. Les cellules pour l'analyse in vitro ont été sélectionnées au hasard et les souris ont été réparties au hasard dans les groupes de traitement. Les enquêteurs ont été aveuglés pour les enregistrements patch-clamp, les autres expériences n'ont pas été randomisées.

Pour modéliser la perte de MYT1L, nous avons généré une mutation germinale chez des souris hébergeant un décalage de cadre de 7 pb dans l'exon 6 de Myt1l. Nous avons observé la réduction attendue de la protéine MYT1L pleine longueur dans les neurones humains et de souris. Chez les souris mutantes, nous avons trouvé une isoforme tronquée de la protéine MYT1L dépourvue de localisation et de fonction nucléaires, confirmant la validité de nos modèles de perte de fonction.

Un hémisphère de souris P0 a été congelé dans de l'azote liquide et utilisé pour chaque immunoprécipitation de MYT1L comme décrit précédemment [21]. Les protéines liées ont été digérées par voie enzymatique et les peptides ont été analysés par analyse spectrométrique de masse (Fusion Orbitrap; Thermo Fisher Scientific).

Des cellules gliales de souris ont été isolées à partir de cerveaux antérieurs de CD1 de type sauvage (Jackson Laboratories) à P0 comme décrit ici [21]. Pour les cultures neuronales primaires, l'hippocampe ou le cortex de souris mutantes P0 Myt1l ou témoins ont été isolés comme publié précédemment [28]. Pour la surexpression ou l'inactivation, les cellules ont été transduites avec des lentivirus codant pour les constructions indiquées le jour in vitro 3 (DIV3).

La génération de neurones humains a été décrite précédemment [29]. L'inhibition de WNT et NOTCH a été réalisée en complétant le milieu du jour 1 au jour 4 avec 10 µM de N-[N-(3,5-difluorophénacétyl)-l-alanyl]-S-phénylglycine t-butyl ester (DAPT ; Sigma) , 15 µM de tétrahydro-2-[4-(trifluorométhyl)phényl]-4H-thiopyrano[4,3-d]pyrimidine (XAV939; Santa Cruz), ou les deux. Pour la maturation fonctionnelle, les cellules neuronales ont été ensemencées sur des lamelles enduites de Matrigel ou des plaques MEA enduites de PEI-laminine (Axion) avec des cellules gliales primaires de souris avec des changements de milieu tous les 2 jours pendant une semaine. Les changements de milieu suivants ont été effectués tous les 3 à 4 jours pendant toute la durée de l'expérience.

Des femelles gravides ont reçu une injection intrapéritonéale à E14,5 avec EdU (30 mg/kg de poids corporel) (Life Technologies). Après 20 h, les cerveaux embryonnaires ont été récoltés. L'analyse de la fraction Q a suivi les pratiques précédemment établies [6]. Le nombre de cellules TBR2+ et SOX2+ a été déterminé dans des segments médiocorticaux de 265 µm de large à l'aide d'une macro Fidji développée en interne. Toutes les quantifications ont été effectuées à des positions antéropostérieures équivalentes entre les génotypes.

Pour l'analyse de l'épaisseur corticale, des sections de cerveau P0 ont été alignées sur les génotypes à l'aide de repères anatomiques sous-corticaux pour l'orientation, et l'épaisseur a été mesurée à un angle de 45° par rapport à la ligne médiane dorsale. L'analyse morphologique des neurones en culture a été réalisée avec les Fidji à l'aide du plugin SNT [30, 31]. La localisation nucléaire de FLAG-MYT1L a été réalisée dans des neurones primaires de souris à DIV 11 lors de la surexpression des constructions indiquées à DIV 3.

Les souris ont été logées dans un vivarium à température contrôlée maintenu sur un cycle lumière-obscurité de 12 h et des tests ont été effectués pendant le cycle de lumière. Les procédures ont été réalisées au Interdisciplinary Neurobehavioral Core de l'Université de Heidelberg et approuvées par le Regierungspräsidium de Karlsruhe (G-287/20, G-105/16).

Des bibliothèques de séquençage d'ARN ont été préparées selon le protocole dUTP [32] et les lectures ont été cartographiées sur hg38 ou mm10 à l'aide de STAR [33] et l'expression différentielle a été déterminée à l'aide de DESeq2 [34] (package R version 1.28.1) avec normalisation du facteur de taille et Wald tests de signification. Pour les expériences d'ARN-Seq sur cellule unique, les cortex préfrontaux de souris P0 ont été extraits, dissociés en cellules individuelles et codés selon le schéma ECCITE-Seq [35] selon un protocole précédemment publié [36]. Le kit de réactifs Chromium Single Cell 5' v1 a été utilisé pour la préparation de la bibliothèque. Les bibliothèques ont été séquencées à l'aide d'un NovaSeq 6000 (Illumina). Les données ont été analysées avec 10x Genomics Cell Ranger (version 4.0.0) [37], Seurat (version 4.0) [38] et Scanpy (version 1.6.0) [39]. Les sous-populations de chaque type de cellule les plus affectées par la mutation Myt1l ont été identifiées à l'aide de MELD (version 1.0) [40] avec les paramètres Beta = 31 et KNN = 5. Des changements significatifs dans les ratios de types de cellules ont été identifiés à l'aide d'une méthode d'amorçage [41] basée sur des cellules normalisées. nombres (FDR < 0,01 et abs(Log2FC) > 1). L'expression différentielle a été réalisée sur ces sous-populations à l'aide de MAST (version 1.16.0) [42] dans la fonction FindMarkers de Seurat (logfc.threshold = 0, min.pct = 0,05, tous les autres paramètres par défaut). Les lectures de séquençage sont disponibles sur NCBI GEO GSE171327.

Le cortex préfrontal de souris E18.5, P0 et de 3 mois a été préparé et des cellules individuelles ont été préparées selon le protocole de préparation de la culture primaire. 300 000 cellules par animal ont été utilisées pour CUT&RUN en utilisant des protocoles publiés [43]. Les bibliothèques ont été préparées avec le kit de préparation de bibliothèque d'ADN NEBNext et séquencées sur NextSeq 2000 (Illumina). Les données ont été analysées à l'aide du pipeline nf-core/cutandrun v1.0 (https://doi.org/10.5281/zenodo.5653535). Homer findMotifsGenome.pl a été exécuté sur les fichiers de pointe avec les paramètres -size −75,75 -mask -mknown et le motif MYT1L AAAGTTW (http://homer.ucsd.edu/homer/).

Des souris âgées de 4 à 6 semaines ont été utilisées pour générer et traverser des tranches d'hippocampe qui ont été patchées comme décrit précédemment [44]. Pour les mesures spontanées des EPSC, les cellules pyramidales ont été voltage-clampées à -70 mV avec une solution interne à base de K + contenant les éléments suivants (en mM): 130 K-gluconate, 10 Na-gluconate, 10 HEPES, 10 phosphocréatine, 4 NaCl, 4 MgATP, 0,3 GTP et 0,5 % de biocytine. Pour les mesures spontanées d'IPSC, des cellules pyramidales putatives ont été voltage-clampées à 0 mV avec une solution interne à base de Cs+ contenant les éléments suivants (en mM) : 126 Cs-gluconate, 4 Cs-Cl, 10 HEPES, 10 phosphocréatine, 4 MgATP, 0,3 GTP et 2,5 QX-314 en présence de CNQX (10 μM) et D-APV (50 μM). Les enregistrements des courants synaptiques excitateurs dans les cultures primaires d'hippocampe à DIV11 ont été effectués comme décrit ici [21] en présence ou en l'absence de 0,5 µM de tétrodotoxine (TTX).

Les mesures MEA ont été effectuées à l'aide de l'appareil multipuits Maestro Pro avec le logiciel Axis Navigator et des plaques à 48 puits (tous d'Axion Biosystems). Pour les traitements aigus, 10 µM de lamotrigine (Targetmol) ont été ajoutés par puits et la plaque a été mesurée avant et 2 h après le traitement. Les données ont été analysées à l'aide de meaRtools [45].

Pour déterminer si les mutations de MYT1L peuvent provoquer des anomalies neurodéveloppementales complexes, nous avons généré un modèle de souris avec une délétion de 7 pb dans l'exon 6 de Myt1l (Fig. S1A – F supplémentaire). Cette mutation de décalage de cadre induit un codon STOP prématuré à l'acide aminé (aa) 78, similaire à un patient avec une mutation non-sens à aa 75 dans MYT1L humain [15]. La progéniture résultante a présenté une réduction attendue de la protéine MYT1L pleine longueur par rapport aux témoins (+/+) (Fig. 1A et Fig. S1G, H supplémentaires). Cependant, nous avons détecté une isoforme MYT1L tronquée, très probablement exprimée à partir d'une méthionine interne à aa 99 (Figure supplémentaire S1G, I) (Tableau supplémentaire S1). Cette isoforme n'a pas réussi à se transloquer vers le noyau en raison de l'absence de signal de localisation nucléaire et devrait donc être non fonctionnelle (Fig. S1J, K supplémentaire). Les souris Myt1l (+/-) sont viables et fertiles, mais la suppression homozygote de Myt1l (-/-) a entraîné une létalité postnatale (Fig. 1B). Cela montre que MYT1L est essentiel à la survie et a validé notre modèle de perte de fonction.

A MYT1L niveaux de protéine pleine longueur dans les lysats cérébraux de souris hébergeant une mutation de la lignée germinale de 7 pb induite par CRISPR dans l'exon 6 (premier exon codant pour la protéine) de Myt1l après la naissance normalisée pour contrôler. Des images Western blot représentatives utilisant les anticorps indiqués sont présentées ; n ≥ 6. B Graphique circulaire de survie de (+/−) x (+/−) progéniture à la naissance (8 portées P0 ; n = 12 (+/+, noir), 31 (+/−, sarcelle), 15 ( −/−, jaune)) et après sevrage (7 portées P21 ; n = 15 (+/+), 17 (+/−), 0 (−/−)) indiquent que les mutants homozygotes Myt1l meurent après la naissance. C ARN-Seq unicellulaire du cortex préfrontal à la naissance et probabilité d'observer un enrichissement cellulaire déficient en MYT1L (+/-) et témoin (+/+) dans des populations de types cellulaires spécifiques à l'aide de MELD. D Rapport de cellules déficientes en MYT1L (+/-) et de contrôle (+/+) dans les types de cellules indiqués annotés sur la base des données de référence de [77]. * FDR < 0,01 & abs(Log2FC) > 1. E Nombre de gènes dérégulés lors de la mutation Myt1l (+/−) et (−/−) dans les types de cellules indiqués et les grappes MELD. Sont représentés les gènes qui sont régulés à la baisse (bleu) ou à la hausse (rouge) lors d'une déficience en MYT1L avec un changement de facteur log2 absolu > 0,1 et p-adj < 0,05. F Profils d'occupation à l'échelle du génome de MYT1L endogène dans le cortex préfrontal de souris de type sauvage déterminés par CUT&RUN à P0 (n = 3). Les diagrammes circulaires G indiquent la distribution des sites liés à MYT1L détectés dans les régions génomiques annotées. H Le motif de liaison à l'ADN MYT1L (AAAGTT) est significativement enrichi aux sites liés. I Box plots des changements d'expression génique à travers le génome (tous) et au niveau des gènes cibles MYT1L (pic CUT&RUN ± 5 kb à partir du site de début de transcription) pour les populations de cellules individuelles indiquées lors de la suppression de Myt1l par rapport au contrôle. Pour scRNA-Seq n = 2 pour Myt1l (-/-; 10503 cellules), (+/-; 13688 cellules) et (+/+; 12072 cellules), respectivement. Le graphique à barres montre les valeurs moyennes, les points de données des animaux individuels sont affichés, les barres d'erreur = SEM, test t non apparié dans le panneau A, test de Mann-Whitney dans le panneau I, **** p <0,0001.

Pour étudier les changements dans la composition cellulaire et l'expression des gènes, nous avons effectué un séquençage d'ARN unicellulaire (scRNA-Seq) du cortex préfrontal à la naissance (Fig. 1C – E et Fig. S2 supplémentaire) (Tableau supplémentaire S2). Nous n'avons pas observé de perte ni d'émergence de nouveaux amas de cellules, mais nous avons identifié des sous-populations spécifiques au mutant Myt1l en calculant la probabilité que chaque cellule se trouve dans un quartier enrichi en cellules témoins ou mutantes à l'aide de MELD [40] (Fig. 1C et Supplémentaire Fig. S2C, D). Seuls des changements mineurs dans les rapports de type cellulaire se sont produits entre les souris mutantes et témoins (Fig. 1D et Fig. S2E supplémentaire), mais nous avons trouvé moins de populations de cellules Tbr2 et Sema3c, qui marquent les neurones migrants nouvellement formés dans la zone sous-ventriculaire (SVZ) . De plus, les interneurones Cdca7 + ont été réduits chez les souris (-/-), tandis que les neurones corticaux de la couche I (Reln +) ont été augmentés. L'analyse des gènes exprimés de manière différentielle a montré que l'épuisement de MYT1L entraînait une régulation positive globale des gènes qui était plus prononcée chez les mutants homozygotes (Fig. 1E). Nous avons observé une expression accrue de nombreux programmes de gènes non neuronaux lors de l'épuisement de MYT1L, même dans les neurones de la couche corticale (Fig. S2F supplémentaire). Pour identifier les gènes cibles de MYT1L, nous avons effectué CUT&RUN [43] chez des souris de type sauvage au jour embryonnaire (E) E18.5, au jour postnatal (P) 0 (P0) et à 3 mois (adulte) (Fig. 1F, G et Fig. .S2G, H) (tableau complémentaire S3). Nous avons trouvé un grand chevauchement des sites liés et un enrichissement du motif de liaison à l'ADN MYT1L (AAAGTT) à différents stades de développement (Fig 1H et Fig. S2I, J supplémentaires). L'intersection des gènes cibles MYT1L avec des gènes dérégulés à P0 a révélé une régulation à la hausse significative au sein de différentes populations neuronales, telles que les populations de cellules corticales Satb2 ou Fezf2 (Fig. 1I et Fig. S2K supplémentaire). Cela souligne le rôle de MYT1L en tant que répresseur transcriptionnel et suggère que, malgré l'induction de l'identité neuronale, les cellules mutantes Myt1l n'ont pas réussi à faire taire les programmes d'expression génique inappropriés provoquant une identité transcriptionnelle confuse dans les neurones in vivo.

MYT1L peut améliorer l'identité neuronale in vitro en réprimant les régulateurs négatifs de la neurogenèse [21], tels que Notch et Wnt, qui, en cas de dérégulation, pourraient affecter la dynamique de différenciation neuronale et la structure cérébrale. Par conséquent, nous avons effectué une chasse aux impulsions EdU parallèlement à la co-coloration pour le marqueur de prolifération, Ki67, afin de déterminer la fraction d'abandon (Q) des cellules corticales sortant du cycle cellulaire sur une période de 20 h. En effet, les cellules Ki67-EdU + ont été significativement réduites, ce qui correspond à une diminution de la fraction Q d'environ 37% chez les embryons Myt1l (-/-) à E15, 5 (Fig. 2A). Les cellules souches neurales SOX2 + et les progéniteurs neuraux TBR2 + étaient inchangés à E15.5 (Fig. 3A supplémentaire). À la naissance, les cellules souches SOX2 + ont augmenté chez les souris Myt1l (+/-) et (-/-) (Fig. 2B), tandis que les progéniteurs TBR2 + n'ont pas changé. Cela imite la surexpression de l'effecteur NOTCH Hes1 qui augmente le pool de cellules souches après la naissance et se traduit par un cortex plus fin [46]. Par conséquent, nous avons étudié l'anatomie cérébrale de souris mutantes Myt1l et avons constaté que la taille globale du cerveau était inchangée à la naissance alors que le poids du cerveau était plus faible, ce qui entraînait une augmentation du rapport longueur/poids (Fig. 2C et Supplémentaire Fig. S3B, C). De plus, les cortex étaient respectivement d'environ 10% (+/-) ou d'environ 15% (-/-) plus minces que les témoins (Fig. 2C et Fig. S3C supplémentaire). Ces résultats suggèrent que l'incapacité à réprimer les programmes anti-neurogéniques altère la neurogenèse, ce qui pourrait à son tour provoquer des anomalies cérébrales structurelles et expliquer les malformations cérébrales observées chez certains patients [19].

A Images représentatives et quantifications des cellules EdU+ après une impulsion de 20 h à E14.5 et fraction Q (rapport de EdU+Ki67− sur toutes les cellules EdU+) dans la zone ventriculaire corticale (VZ) et la zone sous-ventriculaire (SVZ) de Myt1l (+ /+, noir), (+/-, sarcelle) et (-/-, jaune) souris E15.5. Zone intermédiaire IZ, n ≥ 5, barre d'échelle 100 µm. B Quantification des cellules SOX2+ ou TBR2+ dans le cortex des souris Myt1l (+/-) et (-/-) par rapport au contrôle (+/+) à P0 sur la même zone du cortex entier. Des images représentatives d'un grossissement de zone ventriculaire et sous-ventriculaire colorées avec les anticorps indiqués sont présentées. n ≥ 4, barre d'échelle 50 µm. C Structure des cerveaux Myt1l (+/+), (+/−) et (+/−) à P0. Des sections représentatives colorées avec NeuN et la quantification de l'épaisseur corticale absolue et de la longueur du cortex normalisée par le poids du cerveau sont présentées. n ≥ 5 pour la longueur corticale ; sections de n = 3 pour l'épaisseur corticale, barre d'échelle 500 µm. Les graphiques à barres montrent les valeurs moyennes, les points de données des réplicats biologiques individuels sont affichés, les barres d'erreur = SEM, ANOVA unidirectionnelle *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001.

Ensuite, nous avons examiné les effets de la déficience en MYT1L au niveau moléculaire sur le développement du cerveau à l'aide d'ARN-Seq en masse de cortex de souris à E18.5 (coïncidant avec le pic d'expression de Myt1l dans le cerveau de la souris (Fig. S1A supplémentaire [11])), P0 (naissance), P22 (juvénile) et 3 mois (adulte). Nous avons trouvé plusieurs centaines de gènes exprimés de manière différentielle, avec des groupes distincts de gènes dérégulés au début (E18.5 et P0) et à la fin (P22 et adulte) du développement (Fig. 3A et Fig. S4A supplémentaire) (Tableau supplémentaire S4). De nombreux gènes dérégulés ne chevauchaient pas les cibles MYT1L précédemment annotées [21] ou les cibles MYT1L CUT&RUN (Fig. 1F et Fig. Supplémentaire S2G), ce qui implique que de nombreux changements dans les échantillons en vrac sont indirects. Dans des échantillons de cerveau hétérozygote, les gènes cibles de MYT1L étaient à la fois régulés à la hausse et à la baisse, néanmoins ~ 60% des gènes cibles directs de MYT1L ont été régulés à la hausse lors d'une mutation homozygote de Myt1l (Fig. S4B supplémentaire). Ceci est conforme à la régulation à la hausse des gènes cibles de MYT1L dans les neurones corticaux (+/-) et (-/-) sur la base d'une analyse unicellulaire (Fig. 1E), ce qui suggère que MYT1L agit principalement comme un répresseur au cours du développement neuronal. Conformément à la diminution de la fraction Q à E15.5, l'expression génique à E18.5 a révélé une régulation à la baisse des termes GO associés à la neurogenèse et une régulation à la hausse de la division cellulaire (Fig. 3B). De plus, nous avons observé une régulation à la hausse des signatures d'expression génique fœtale précoce et une diminution concomitante des signatures fœtales tardives à E18.5 [47] (Fig. 3C et Fig. S4D supplémentaire). Cela suggère que le déficit en MYT1L, tel qu'observé dans d'autres modèles murins de TSA [5], entraîne des retards dans le développement du cerveau. Nous avons observé une régulation négative continue des termes GO neuronaux et une augmentation des termes de signalisation et non neuronaux lors de la mutation Myt1l chez la souris adulte (Fig. 3B et Fig. S4C supplémentaire). L'analyse de l'enrichissement de l'ensemble de gènes (GSEA) a mis en évidence plusieurs signatures de destin cellulaire non neuronales parmi les gènes régulés positivement et a indiqué un enrichissement global des gènes impliqués dans l'épilepsie, la schizophrénie et les TSA parmi les gènes dérégulés dans les cerveaux mutants Myt1l [48, 49] ( Fig. supplémentaire S4D, E). Fait intéressant, les souris hébergeant notre mutation Myt1l exon 6 présentaient une régulation positive et négative du gène qui se chevauchait avec les souris haploinsuffisantes Chd8 [6], mais seulement en partie avec l'exon 15 récemment publié [26] et l'exon 9 [27] Souris mutantes Myt1l (Fig supplémentaire .S4F). Enfin, nous avons découvert que les gènes régulés à la hausse chez les patients atteints de TSA sont également régulés à la hausse chez nos souris déficientes en MYT1L, tandis que les gènes régulés à la baisse chez les souris mutantes Myt1l sont également régulés à la baisse chez les patients autistes [5, 50] (Fig. 3D et Fig. S4G supplémentaire). Dans l'ensemble, nos données montrent que le déficit en MYT1L chez la souris entraîne des retards dans le développement neurologique et la dérégulation de l'expression des gènes, comme observé chez les patients atteints de TSA.

Une carte thermique des gènes dérégulés lors de la mutation Myt1l à travers toutes les répliques et étapes, mise à l'échelle par gène (lignes). B Sélection des termes d'ontologie du gène supérieur (GO) et des valeurs p des gènes qui étaient régulés à la baisse (bleu) ou à la hausse (rouge) lors de la mutation Myt1l dans le cortex des souris par rapport au contrôle aux moments indiqués au cours du développement. Les tracés C GSEA montrent l'appauvrissement du fœtus moyen (bleu) et l'enrichissement des ensembles de gènes liés au développement neural fœtal précoce (rouge) parmi les gènes dérégulés dans les cerveaux mutants Myt1l à E18.5. NES, score d'enrichissement normalisé ; FDR, taux de fausses découvertes. D Chevauchement des gènes régulés à la hausse ou à la baisse lors de la mutation Myt1l dans le cortex de la souris à E18.5 et P22 et des gènes qui sont régulés à la hausse ou à la baisse dans le cerveau des patients atteints de TSA déterminés par GeneOverlap. Pour l'analyse RNA-Seq n ≥ 5 E18.5, n ≥ 4 P0 pour (+/+, noir), (+/−, sarcelle) et (−/−, jaune), respectivement ; n = 6 P22, n ≥ 3 adulte pour (+/+) et (+/−), respectivement. E Le test en champ libre a montré que les mutants Myt1l (+/-) couvraient plus de distance et passaient plus de temps dans les régions centrales par rapport aux animaux témoins à P23 ; n = 25 pour (+/+) et n = 29 pour (+/−) de trois cohortes indépendantes. F Les expériences en chambre sociale ont montré une diminution spécifique du temps passé par les mutants Myt1l (+/-) pour explorer une nouvelle souris par rapport aux souris témoins à l'âge d'un mois ; n = 10 pour (+/+) et (+/−) de trois cohortes indépendantes. Les graphiques à barres montrent les valeurs moyennes, les points de données des animaux individuels sont affichés, les barres d'erreur = SEM, test de Mann-Whitney **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001, NS non significatif.

Ensuite, nous avons effectué des analyses de comportement à l'aide de notre modèle de souris Myt1l. Nous avons observé une tendance à l'augmentation de la vocalisation chez les souris déficientes en MYT1L postnatales précoces, mais le nombre et le type d'appels analysés n'ont pas été modifiés de manière significative (Fig. S5A supplémentaire). Conformément aux phénotypes d'hyperactivité rapportés chez plusieurs patients MYT1L [13, 14, 15, 16, 51, 52], nous avons observé une augmentation de la locomotion chez les souris adultes dans leurs cages domestiques, ainsi que chez les souris juvéniles en champ ouvert et en labyrinthe surélevé. tests (Fig. 3E et Fig. Supplémentaire S5B – D). Les souris mutantes ont passé environ 70 % de temps en plus dans les régions centrales et les bras ouverts dans les deux derniers tests, respectivement. De plus, le comportement d'élevage exploratoire a été significativement augmenté chez les souris mutantes (Fig. S5D supplémentaire). Cela indique que les souris déficientes en MYT1L sont moins anxieuses, un phénotype rapporté dans d'autres modèles de souris ASD [53, 54]. Nous avons également observé une diminution significative des événements d'enfouissement et de toilettage de marbre, qui sont utilisés pour évaluer les comportements répétitifs, mais représentent également une diminution des comportements anxieux (Fig. S5D, F supplémentaire). Enfin, des expériences de chambre sociale ont été réalisées pour étudier le comportement social de nos souris mutantes Myt1l. Tous les animaux ont affiché la préférence attendue pour les chambres d'investigation avec un compagnon de portée familier par opposition aux chambres vides. Cependant, alors que les souris mutantes Myt1l de type sauvage et femelles passaient plus de temps à explorer la chambre avec une souris inconnue nouvellement ajoutée, les mâles déficients en MYT1L ne présentaient pas cette préférence attendue pour la nouveauté sociale (Fig. 3F et Fig. S5E supplémentaire). En résumé, l'épuisement de Myt1l provoque plusieurs changements de comportement frappants dans les tests utilisés pour modéliser le comportement lié aux TSA, y compris l'hyperactivité qui a été trouvée chez les souris mâles et femelles et les déficits sociaux spécifiques aux mâles.

Pour disséquer le rôle de MYT1L dans les neurones humains, nous avons conçu des cellules souches embryonnaires humaines (CSEh) avec un allèle knock-out conditionnel hétérozygote de l'exon 7 (+/fl) de MYT1L (Fig. 4A et Fig. S6 supplémentaire). Les CSEh MYT1L (+/fl) ont été dirigées vers des neurones humains électriquement matures en utilisant la différenciation médiée par le facteur de transcription NGN2 [29]. Cela permet d'étudier de manière conditionnelle les processus développementaux et synaptiques liés aux troubles neurologiques [55,56,57]. La suppression de MYT1L (+/-) médiée par Cre a entraîné une réduction d'environ 50% des protéines, imitant l'haploinsuffisance de MYT1L constatée chez les patients (Fig. 4B, Fig. S6G supplémentaire). Tout d'abord, nous avons évalué les effets transcriptionnels de l'épuisement de MYT1L par rapport aux témoins isogéniques transduits par Δcre aux moments de maturation précoce et tardif (tableau supplémentaire S5). Les neurones mutants MYT1L présentaient une diminution des termes neuronaux GO et un enrichissement des gènes impliqués dans l'épilepsie, la schizophrénie et les TSA parmi les gènes dérégulés [48, 49] (Fig. 4C et Supplémentaire Fig. S7A). Les termes GO associés aux gènes différentiellement régulés à la hausse se chevauchaient fortement entre nos modèles murins et humains (Fig. 7B supplémentaire) (Tableau supplémentaire S6), indiquant des effets conservés. Dans l'ensemble, l'épuisement de MYT1L a entraîné une activation plus forte du gène tôt (semaine 1) et tard (semaine 6) après l'induction neuronale (Fig. 4D et Fig. S7C supplémentaire). Le motif de liaison à l'ADN de MYT1L (AAAGTT) a été enrichi en gènes régulés positivement lors de l'épuisement de MYT1L (Fig. 4E et Fig. S7D, E supplémentaires). Plusieurs facteurs de transcription régulant le destin des cellules non neuronales, tels que PRRX1 spécifique au mésoderme ou le régulateur de commutation gliale SOX9 [58, 59], hébergent des motifs MYT1L et ont été régulés positivement dans les neurones déficients en MYT1L (Fig. 4F). La GSEA a révélé une régulation à la hausse des programmes d'expression de gènes non neuronaux, tels que le destin des cellules musculaires, lors de l'épuisement de MYT1L (Fig. S7F supplémentaire). L'analyse des voies d'ingéniosité (IPA) a confirmé que des programmes de développement inappropriés, tels que la myogenèse et la cardiogenèse, étaient activés après la mutation de MYT1L, ce qui suggère qu'ils sont continuellement réprimés par MYT1L (Fig. 4G et Fig. Supplémentaire S7G). D'autre part, les facteurs de transcription neuronale tels que VAX2 ou EN1 qui ne contiennent pas de motifs MYT1L dans leur promoteur ont montré une diminution de l'expression après une semaine, mais par rapport aux témoins, ils ont montré une augmentation inattendue de l'expression à la sixième semaine (Fig. 4F). Ce modèle d'expression se reflétait dans les voies impliquées dans la différenciation et la fonction neuronales, y compris la synaptogenèse et la signalisation calcique, qui étaient initialement réprimées mais augmentées plus tard dans les neurones déficients en MYT1L (Fig. 4G et Fig. Supplémentaire S7G). Il est important de noter que nos découvertes concernant la dérégulation des gènes neuronaux ont été récapitulées dans des neurones dérivés d'un clone supplémentaire de CSEh MYT1L (+/fl) conçu de manière indépendante (Fig. S6 et S7 supplémentaires). Étonnamment, le retard dans l'expression des gènes neuronaux n'a pas affecté la complexité des neurones après dix jours ou six semaines de neurogenèse induite (Fig. S8 supplémentaire). Au cours de la reprogrammation neuronale des fibroblastes de souris, MYT1L a favorisé le destin neuronal en réprimant les gènes anti-neurogènes tels que Id3 ainsi que les membres des voies WNT et NOTCH [21]. Ici, nous avons observé une expression accrue de ces gènes dans les neurones humains déficients en MYT1L lors de l'induction neuronale (Fig. 4F). L'application combinée d'inhibiteurs chimiques ciblant les voies WNT et NOTCH a restauré la protéine TUJ1 pour contrôler les niveaux et partiellement normalisé les changements d'expression génique chez les mutants MYT1L sur la base des mesures d'ARN-Seq, en particulier en diminuant l'expression des gènes qui sont régulés à la hausse lors de l'épuisement de MYT1L (Fig. 4H et Fig. supplémentaire S9A, B) (tableau supplémentaire S7). De plus, nous avons identifié plusieurs facteurs de transcription pro-neuronaux qui culminent normalement au début de la neurogenèse induite et qui ont été régulés à la baisse dans les neurones mutants MYT1L à la première semaine, mais régulés à la hausse à la sixième semaine (Fig. S9C supplémentaire). L'expression de ces facteurs pourrait être normalisée dans les neurones déficients en MYT1L par l'inhibition de WNT et NOTCH à la première semaine (Fig. S9D supplémentaire). Dans l'ensemble, cela indique que la suppression hétérozygote de MYT1L au cours de la neurogenèse induite par l'homme provoque une dérégulation des gènes associés à l'autisme et l'activation de gènes cibles non neuronaux qui entraînent des retards de neurogenèse au moins en partie médiés par une signalisation accrue de WNT et NOTCH.

Un schéma de la délétion conditionnelle hétérozygote de MYT1L au cours de la neurogenèse humaine induite par le facteur de transcription. B Western blot quantification des cellules 7 jours (1 semaine) après l'induction de la neurogenèse normalisée au contrôle. Des images Western blot représentatives utilisant les anticorps indiqués sont présentées ; n = 3. C Les gènes dérégulés dans les neurones mutants MYT1L 43 jours (6 semaines) après l'induction de la neurogenèse normalisée au contrôle présentaient un chevauchement significatif avec les gènes liés à l'épilepsie, à la schizophrénie et au TSA déterminés par le test exact de Fisher. D Diagramme volcanique des gènes exprimés de manière différentielle dans les neurones humains appauvris en MYT1L après maturation pendant une semaine par rapport aux témoins isogéniques. Surlignés sont les gènes qui ont été régulés à la baisse (bleu) ou à la hausse (rouge) lors de l'épuisement de MYT1L avec un changement de facteur log2 absolu > 0,2 et p-adj < 0,1. E Le motif de liaison à l'ADN MYT1L AAAGTT a été significativement enrichi en gènes régulés à la hausse dans le panel D. F Les gènes dérégulés sélectionnés lors de l'épuisement de MYT1L sont affichés sous forme de changement de pli vers le bas (bleu) ou régulé à la hausse (rouge) par rapport au contrôle isogénique et au nombre de motifs MYT1L dans les promoteurs est représenté. BE affiche les données du clone représentatif 1. G Ingenuity Pathway Analysis (IPA) des gènes exprimés de manière différentielle dans les neurones induits humains appauvris en MYT1L. L'état d'activation (rouge) ou d'inhibition (bleu) d'une voie ou d'une fonction biologique est représenté par un score z (test exact de Fisher unilatéral à droite). Les résultats sont affichés pour deux clones, 1 et 6 semaines après la neurogenèse humaine induite par le facteur de transcription. n = 4 (clone 1) ou n = 5 (clone 2) pour (+/fl) et (+/−), respectivement. H Les niveaux réduits de protéine TUJ1 dans les neurones humains induits appauvris en MYT1L au jour 7 peuvent être restaurés par l'inhibition de WNT et NOTCH via XAV939 et DAPT avec n = 4 (clone 1). Les graphiques à barres montrent les valeurs moyennes, les points de données des réplicats biologiques individuels sont affichés, les barres d'erreur = SEM, test t non apparié dans le panneau B et H, **p < 0,01, ***p < 0,001.

Pour déterminer si l'haploinsuffisance de MYT1L affecte la fonction neuronale dans les cellules humaines, nous avons étudié les propriétés électrophysiologiques des neurones MYT1L (+/-) au niveau de la population après six semaines de maturation à l'aide d'un réseau multi-électrodes (MEA) [60, 61]. De manière inattendue, nous avons observé que le déclenchement des pics a doublé et que l'activité de déclenchement simultanée du réseau a triplé dans les neurones humains mutants MYT1L par rapport aux témoins (Fig. 5A). L'activité électrophysiologique altérée, directement corrélée à l'épuisement de la protéine MYT1L, s'est produite dès trois semaines après l'induction neuronale et s'est maintenue jusqu'à la fin d'une expérience à long terme à la semaine 15 (Fig. S10A – C supplémentaire). Le phénotype électrophysiologique pourrait être récapitulé dans un clone hESC MYT1L (+/fl) conçu de manière indépendante (Fig. S10D supplémentaire). Ensuite, nous avons testé si ces changements fonctionnels étaient conservés dans les neurones primaires de souris. À cette fin, nous avons étudié les propriétés électrophysiologiques des neurones hippocampiques en culture dérivés de souris mutantes Myt1l et témoins à l'aide de MEA. En récapitulant nos découvertes dans les neurones humains MYT1L (+/-), nous avons observé une augmentation de l'activation et de l'hyperactivité du réseau. Ces effets ont été mis à l'échelle avec l'épuisement de MYT1L, avec une augmentation moyenne du déclenchement des pointes d'environ 700 % (-/-) et d'environ 400 % (+/-) par rapport au contrôle (Fig. 5B et Fig. S11A supplémentaire). Il convient de noter que la surexpression de MYT1L99-1187 dans les neurones de type sauvage n'a pas modifié l'activité électrophysiologique sur MEA, excluant un effet négatif dominant potentiel de l'isoforme MYT1L tronquée, confirmant en outre que nos souris mutantes Myt1l sont un modèle de perte de fonction (Fig. .S11B). Une activité accrue de déclenchement de MEA a également pu être observée dans les neurones primaires dérivés du cortex de souris déficientes en MYT1L à la naissance, indiquant que les défauts ne se limitent pas à des régions cérébrales spécifiques, mais affectent au moins deux zones impliquées dans les TSA [62] (Fig. S11C supplémentaire ). Pour corréler l'hyperactivité du réseau observée avec l'activité synaptique des cellules individuelles, nous avons effectué des enregistrements patch-clamp. Conformément à l'hyperactivité du réseau observée, l'amplitude et la fréquence des courants post-synaptiques excitateurs spontanés (EPSC) et des EPSC miniatures (mEPSC; enregistrés en présence de tétrodotoxine (TTX)) ont augmenté dans les neurones primaires de souris cultivés déficients en MYT1L (Fig. .S11D, E), respectivement. Comme dans le modèle humain, nous n'avons pas observé de changements significatifs dans la morphologie neuronale des neurones primaires déficients en MYT1L en culture (Fig. S11F supplémentaire). Nous avons également effectué des enregistrements électrophysiologiques de tranches de cerveau à partir de neurones pyramidaux situés dans la région CA1 de l'hippocampe de souris âgées d'un mois. Conformément à nos données in vitro, nous avons observé une augmentation de la fréquence EPSC spontanée chez les mutants Myt1l par rapport aux témoins (Fig. 5C). Les propriétés intrinsèques, telles que le potentiel de membrane au repos et les caractéristiques du potentiel d'action évoqué, sont apparues inchangées (Fig. S12A supplémentaire). La fréquence des courants post-synaptiques inhibiteurs spontanés (sIPSC, enregistrés en présence de CNQX et de D-APV) a augmenté dans les neurones pyramidaux déficients en MYT1L, indiquant que l'excitation accrue ne résultait pas d'une diminution de l'inhibition (Fig. S12B supplémentaire). Nos expériences montrent que l'épuisement continu de MYT1L altère la fonction neuronale et entraîne un phénotype d'hyperactivité électrophysiologique inattendu dans les neurones humains et de souris.

A Augmentation de l'activité spontanée du réseau neuronal mesurée par réseau multi-électrodes (MEA) dans les neurones déficients en MYT1L (+/-; sarcelle) par rapport au contrôle (+/fl, noir) 6 semaines après la neurogenèse induite. Des parcelles matricielles représentatives et des quantifications de pointes et de pointes de réseau sont présentées. Hyperactivité du réseau B mesurée par MEA pour les neurones de l'hippocampe contrôle (+/+, noir) et mutant Myt1l (+/- ; turquoise et -/- ; jaune) en culture au jour 11 in vitro (DIV11). Des graphiques raster représentatifs et des quantifications sont affichés. C Augmentation des courants post-synaptiques excitateurs spontanés (sEPSC) des neurones pyramidaux CA1 dans des tranches de cerveau de souris aiguës. Des traces représentatives, la quantification et les distributions cumulatives sont affichées, les graphiques à barres affichent les valeurs moyennes avec le nombre de cellules patchées ou de puits MEA à partir des réplicats biologiques indiqués, les barres d'erreur = SEM, test de Mann-Whitney dans les panneaux A et C, ANOVA unidirectionnelle dans le panneau B, *p < 0,05, ***p < 0,001, ****p < 0,0001.

Nous avons observé des phénotypes d'hyperactivité de réseau électrophysiologique similaires basés sur des mesures de MEA dans des neurones induits primaires de souris et de cellules souches humaines lors de la mutation MYT1L, indiquant un mécanisme moléculaire sous-jacent conservé. Étant donné que l'activation de gènes cibles non neuronaux lors de la mutation MYT1L a été observée dans des modèles humains et murins, cela pourrait contribuer au chevauchement des phénotypes. Pour identifier ces cibles, nous avons analysé les gènes qui : (i) étaient liés par MYT1L in vivo, comme déterminé par CUT&RUN (Fig. 1F et Fig. S2G supplémentaire) (Tableau supplémentaire S3) ; (ii) ont été dérégulés dans des neurones primaires induits par la souris ou l'homme lors de la suppression hétérozygote de MYT1L déterminée par ARN-Seq (tableaux supplémentaires S5 et 8); (iii) a contribué à la régulation à la hausse des termes non neuronaux basés sur l'IPA (Fig. 4 et Fig. Supplémentaires S4 et 7); et (iv) étaient faiblement exprimés dans le cerveau par rapport à d'autres tissus, sur la base d'ensembles de données d'expression publics [63]. De manière frappante, 78% (30 sur 38) de ces cibles non neuronales ont été régulées positivement lors de l'épuisement de MYT1L dans les neurones de souris et humains (Fig. 6A et Fig. S13A supplémentaire). La cible la plus régulée positivement est TFAP2B, qui, lors d'une mutation, peut provoquer le syndrome de Char, caractérisé par des anomalies faciales, canalaires et de la main [64]. Fait intéressant, certains patients porteurs de mutations MYT1L présentent de légers dysmorphismes faciaux [19, 65]. De plus, nous avons trouvé une augmentation presque double du canal sodique voltage-dépendant cardiaque SCN5A, qui, lors d'une mutation, peut provoquer un syndrome du QT long [66], parmi les 10 principaux gènes cibles régulés positivement. SCN5A a affiché une faible expression basale dans les neurones humains et de souris, et une expression accrue dans les neurones déficients en MYT1L pourrait altérer les propriétés électrophysiologiques. MYT1L reste exprimé dans les neurones matures, ce qui suggère qu'il fonctionne également dans les neurones postmitotiques (Fig. S1A supplémentaire). Nous avons donc demandé si la surexpression de Myt1l (OE) dans les neurones postmitotiques déficients en MYT1L pouvait restaurer la répression des gènes cibles, tels que Scn5a. Myt1l OE a augmenté de manière significative l'expression du marqueur neuronal Tuj1 par rapport aux témoins GFP OE (Fig. 6B et Supplémentaire Fig. S13B, C). Il est important de noter que Myt1l OE a diminué l'expression de gènes cibles qui étaient régulés positivement dans les neurones mutants MYT1L, en particulier Hes1 et Scn5a (Fig. 6C). De manière frappante, nous avons constaté que Myt1l OE a également restauré l'activité du réseau neuronal aux niveaux de contrôle (Fig. 6D). Ces résultats suggèrent que la dérégulation continue de l'expression génique dans les neurones postmitotiques causée par la mutation MYT1L contribue aux phénotypes d'hyperactivité électrophysiologique, et que ceux-ci pourraient être restaurés même après la fin du développement neurologique. Pour tester si la régulation à la hausse de SCN5A provoquait le phénotype d'hyperactivité électrophysiologique, nous avons effectué une inactivation de SCN5A médiée par le shRNA dans les neurones induits primaires et humains de souris, ce qui a réduit les niveaux de SCN5A de 80% et mesuré l'activité du réseau neuronal à l'aide de MEA (Fig. S13D supplémentaire). De manière frappante, l'inactivation de Scn5a a réduit l'hyperactivité du réseau neuronal dans les neurones primaires de souris (+/-) et (-/-) à des niveaux de type sauvage (Fig. 6E). Cela pourrait être récapitulé par l'inactivation de SCN5A dans les neurones induits par l'homme MYT1L (+/-) (Fig. 6G), indiquant que la régulation à la hausse de SCN5A contribue au moins en partie à l'hyperactivité du réseau électrophysiologique chez la souris et les neurones mutants MYT1L humains. Afin de trouver une intervention thérapeutique potentielle, nous avons décidé de tester si la lamotrigine, un inhibiteur des canaux sodiques et un antiépileptique approuvé par la FDA [67, 68], pouvait sauver les phénotypes induits par le déficit en MYT1L. En effet, l'application aiguë de la lamotrigine a normalisé l'hyperactivité du réseau électrophysiologique des neurones déficients en MYT1L humains et murins vers les niveaux de contrôle (Fig. 6F, H). Enfin, pour étudier si l'hyperactivité du réseau neuronal contribue aux phénotypes comportementaux observés lors de la mutation Myt1l et pour tester si ceux-ci se prêtent également à une intervention pharmacologique in vivo, nous avons injecté de la lamotrigine à des souris. Nous avons constaté qu'un traitement aigu à la lamotrigine chez des souris mutantes Myt1l normalisait le comportement d'anxiété et d'hyperactivité dans le test en plein champ, ainsi que la locomotion et l'élevage dans des observations en cage à domicile, vis-à-vis de souris témoins non traitées (Fig. 6I et Fig. S13E supplémentaire). Dans l'ensemble, ces résultats montrent que, outre les défauts de développement neurologique, la mutation MYT1L provoque une régulation à la hausse des gènes non neuronaux et une hyperactivité du réseau neuronal dans les neurones de souris et humains. Le traitement aigu à la lamotrigine dans les neurones post-mitotiques et les souris adultes a sauvé à la fois l'hyperactivité du réseau électrophysiologique et les phénotypes de comportement testés (Fig. 6J), indiquant que les effets électrophysiologiques contribuent, au moins en partie, à l'altération du comportement chez la souris. Par conséquent, la mutation MYT1L a non seulement un impact sur le développement, mais affecte également la fonction et le comportement neuronaux à l'âge adulte, ce qui suggère que les traitements ciblés peuvent également bénéficier aux patients à des stades ultérieurs de développement.

A Les gènes cibles MYT1L non neuronaux dérégulés dans les neurones humains déficients en MYT1L (semaine 6) et les neurones primaires de souris au jour in vitro 11 (DIV11) comprennent le canal sodique cardiaque SCN5A. La dérégulation de l'expression génique basée sur RNA-Seq est affichée sous forme de changement de pli par rapport au contrôle, n = 4 (humain) pour (+/fl) et (+/−), n = 3 (souris) pour (+/+) et (+/-), respectivement. Les données d'expression tissulaire du portail GTEx sont affichées sous forme de score z. B Chronologie schématique des expériences de sauvetage génétique et pharmacologique dans l'hippocampe primaire de souris et les cultures neuronales humaines induites. C Régulation à la baisse significative des gènes cibles de MYT1L Scn5a et Hes1 dans des cultures hippocampiques primaires de souris déficientes en MYT1L à DIV11 lors de la surexpression de Myt1l (OE) à DIV3 par rapport à GFP OE déterminée par qRT-PCR. Les graphiques montrent des nuages ​​de points de colonne avec la médiane affichée ; n ≥ 8. L'hyperactivité du réseau D dans les neurones primaires de souris déficients en MYT1L peut être sauvée à DIV11 par la surexpression de Myt1l dans les neurones postmitotiques à DIV3. E Knockdown de Scn5a par l'expression de shRNA dans les neurones postmitotiques à DIV3 a réduit la fréquence de pointe des neurones Myt1l (+/-) et (-/-). F L'hyperactivité dans les neurones primaires de souris déficients en MYT1L peut également être sauvée par une application aiguë de 10 μM de lamotrigine à DIV11. L'inactivation de G SCN5A avec shRNA dans les neurones induits par l'homme a entraîné une réduction de la fréquence de dopage. H L'augmentation du déclenchement des pics lors de la mutation MYT1L a été normalisée vers le contrôle par l'application aiguë de 10 μM de lamotrigine dans les neurones humains induits à la semaine 6. I Les tests en champ libre ont montré que les mutants Myt1l (+/−) couvraient plus de distance dans les régions P23 et l'application aiguë de 20 mg/kg de lamotrigine peuvent normaliser ces phénotypes d'hyperactivité. Véhicule : n = 23 pour (+/+) et n = 29 pour (+/−), lamotrigine : n = 19 pour (+/+) et n = 23 pour (+/−) données de trois cohortes indépendantes. J Résumé schématique des rôles clés de MYT1L au cours des stades précoces et postnatals du développement et des défauts lors de la perte de MYT1L qui peuvent être compensés en partie par une intervention génétique et pharmacologique aux deux stades. Les graphiques à barres affichent les valeurs moyennes avec le nombre de puits MEA à partir des réplicats biologiques indiqués ou des points de données d'animaux individuels, barres d'erreur = SEM, test de Mann-Whitney dans le panneau C, ANOVA à deux voies dans le panneau D–I, *p < 0,05, * *p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001, NS non significatif.

Contrairement à la plupart des régulateurs de la chromatine associés aux maladies neuropsychiatriques, le facteur de transcription MYT1L est spécifiquement exprimé dans pratiquement tous les neurones et reste exprimé tout au long de la vie [11, 12]. Cependant, si et comment les mutations de MYT1L peuvent provoquer une maladie neuropsychiatrique restent mal comprises. Dans cette étude, nous présentons des preuves que l'haploinsuffisance de MYT1L est suffisante pour provoquer des phénotypes associés aux NDD et aux TSA dans les neurones humains ainsi que dans les modèles de souris en raison de l'incapacité à réprimer les gènes cibles entraînant (i) des retards au cours de la neurogenèse du développement et (ii) synaptique dysfonctionnement des neurones matures. La déficience en MYT1L dans nos modèles humains et murins a provoqué une dérégulation significative des gènes associés à l'épilepsie, à la schizophrénie et aux TSA, qui ont été diagnostiqués chez des patients porteurs de mutations de MYT1L [13, 14, 15, 16]. Nous avons également constaté que les changements d'expression génique dans les cerveaux de souris mutantes Myt1l ressemblaient directement à ceux observés dans les cerveaux de patients atteints de TSA, démontrant qu'une déficience en MYT1L peut conduire à des profils transcriptionnels associés aux TSA. Les phénotypes supplémentaires liés aux TSA et aux NDD associés à MYT1L comprennent des retards de développement neurologique et des modifications de l'anatomie du cerveau. À l'aide d'une analyse transcriptomique, nous avons observé une dynamique de maturation altérée dans les neurones humains déficients en MYT1L lors de la différenciation neuronale induite par le facteur de transcription in vitro et une neurogenèse altérée dans le cortex préfrontal de souris mutantes Myt1l in vivo. Même à E18.5, les souris mutantes Myt1l présentaient une activation des programmes d'expression génique fœtale précoce et une régulation à la baisse des programmes mi-fœtaux, ce qui a également été décrit dans d'autres modèles de TSA [5]. Des études antérieures ont montré qu'une déplétion aiguë de Myt1l ou du membre de la famille Myt1 étroitement lié par un traitement par shRNA altérait la neurogenèse in utero en réprimant l'expression de Hes1 et la signalisation Notch [21, 69]. Ici, nous élargissons ces découvertes en montrant que la mutation germinale de Myt1l altérait la sortie du cycle cellulaire des progéniteurs corticaux au cours du développement et augmentait le nombre de cellules souches neurales SOX2+ dans la SVZ à la naissance, ce qui ressemble aux phénotypes de surexpression de Hes1 [46]. En effet, l'inhibition chimique combinée de WNT et NOTCH pourrait restaurer l'induction précoce de gènes proneuronaux dans les neurones induits humains. Cela confirme la neurogenèse altérée lors d'une déficience en MYT1L et pourrait expliquer le cortex aminci observé chez les souris mutantes Myt1l et les retards de développement neurologique chez les modèles humains et murins.

L'une des limites de notre étude est que nous n'avons modélisé que les mutations de décalage de cadre qui devraient entraîner des codons STOP prématurés de MYT1L humain et murin, similaires à un patient signalé avec une mutation non-sens à aa 75 [15]. Notre modèle de souris a présenté un décalage de cadre dans l'exon 6 [70] qui a généré des isoformes de protéine MYT1L non fonctionnelles manquant des domaines essentiels tels que le signal de localisation nucléaire, tandis que la suppression conditionnelle de l'exon 7 dans notre modèle humain a entraîné une dégradation de l'ARN à médiation non-sens. Il convient de noter que les deux modèles présentaient des phénotypes similaires de dérégulation des gènes et d'électrophysiologie, ce qui suggère que la perte de fonction entraîne des défauts qui se chevauchent indépendamment du type de mutation. Notamment, deux études récentes décrivent des modèles de souris Myt1l supplémentaires ; Chen et al. a généré une mutation de décalage de cadre dans l'exon 15 [26], et Kim et al. ont utilisé un mutant d'excision de l'exon 9 [27]. Les trois modèles ont en commun que l'inactivation homozygote de Myt1l entraîne une létalité postnatale et une morphologie cérébrale altérée, soulignant le rôle crucial de MYT1L pour le développement. De plus, les trois études ont trouvé des phénotypes comportementaux, y compris l'hyperactivité. Dans la lignée de notre étude, Kim et al. ont signalé une diminution de l'anxiété. Chen et al. ont signalé un comportement social altéré spécifique aux hommes, que nous avons également trouvé dans notre modèle, bien qu'en utilisant des tests et des stades de développement différents. Néanmoins, les trois modèles de souris mutantes Myt1l présentent une expression génique distincte et des défauts de développement neurologique. Contrairement à notre étude, Chen et al. rapportent une augmentation de la fraction Q et une diminution des cellules souches neurales SOX2 + chez les souris déficientes en Myt1l à E14.5 et suggèrent que MYT1L agit principalement comme un activateur transcriptionnel. Cependant, dans une prépublication récente, les mêmes auteurs ont découvert que MYT1L liait et réprimait les promoteurs et les amplificateurs des gènes impliqués dans les programmes de développement neuronal précoce [71]. Ici, en utilisant la transcriptomique unicellulaire, nous montrons que les gènes liés à MYT1L sont en effet activés dans les neurones corticaux lors de la perte de MYT1L, soutenant son rôle de répresseur. Dans cette optique, Chen et al. et notre étude a révélé une expression accrue des signatures génétiques précoces du développement neurologique plus tard dans le développement. Notamment, toutes les études rapportent un chevauchement significatif des gènes dérégulés avec les ensembles de gènes TSA. Par conséquent, alors que les différences entre ces trois modèles de souris Myt1l pourraient refléter la nature distincte des mutations, le contexte génétique de la souris et les conditions expérimentales, leur chevauchement souligne le rôle important de MYTL pour le développement neurologique. En plus des variantes de perte de fonction, plusieurs variantes faux-sens de novo, indels et duplications et délétions génomiques englobant MYT1L ont été signalées chez des personnes atteintes de maladie neuropsychiatrique [19, 65]. Étant donné que les patients MYT1L présentent divers phénotypes, y compris la macro- et la microcéphalie, et sont diagnostiqués avec différents troubles neuropsychiatriques tels que les TSA et la schizophrénie, de futures études seront nécessaires pour clarifier comment des mutations spécifiques ou des antécédents génétiques affectent ces phénotypes en créant des cellules souches supplémentaires de souris et humaines. modèles ou en générant des neurones dérivés du patient à partir de cellules souches pluripotentes induites.

Parallèlement à la déstabilisation de l'identité des cellules neuronales, qui se manifeste par des modifications de l'expression génique et des retards de la neurogenèse, nous avons observé des phénotypes électrophysiologiques frappants dans les neurones déficients en MYT1L. De manière inattendue, les neurones primaires de souris et humains induits ont affiché une augmentation de trois à quatre fois de l'activité du réseau neuronal, soutenue par une augmentation de l'amplitude de sEPSC et de la fréquence de mEPSC. Étant donné que la fréquence des sIPSC a augmenté dans les neurones pyramidaux déficients en MYT1L, l'augmentation de l'activité du réseau n'est probablement pas causée par une diminution de l'inhibition dans notre modèle. Cependant, chez les souris nouveau-nées Myt1l (-/-), nous avons observé une légère augmentation de la fraction de neurones de la couche corticale I ainsi qu'une diminution des populations d'interneurones Cdca7 + sur la base d'une analyse de cellule unique. Par conséquent, l'effet des mutations MYT1L sur les neurones inhibiteurs reste insaisissable et nécessite de futures études. Les phénotypes du réseau pourraient être expliqués par de multiples facteurs, tels que des changements dans la morphologie neuronale ou la densité des synapses ainsi que des mécanismes généraux régulant la libération de neurotransmetteurs, y compris la dérégulation des canaux sodiques et calciques voltage-dépendants [72, 73, 74]. Fait intéressant, la régulation positive des canaux qui ne sont normalement pas spécifiquement exprimés dans les neurones, tels que SCN5A, pourrait également altérer la transmission synaptique normale dans les neurones mutants MYT1L. Nous avons donc testé si la surexpression de MYT1L, l'inactivation de SCN5A médiée par le shRNA ou le traitement à la lamotrigine, qui bloquerait les canaux sodiques et calciques [67, 68], pourraient sauver l'hyperactivité du réseau induite par la mutation MYT1L. De manière frappante, la surexpression de MYT1L a diminué l'expression de gènes cibles tels que Scn5a et Hes1 dans les neurones de souris déficients en MYT1L postmitotiques, et la surexpression de MYT1L et l'inactivation de SCN5A ont tous deux sauvé les phénotypes d'hyperactivité du réseau électrophysiologique. En outre, l'application aiguë de lamotrigine a normalisé non seulement les phénotypes d'hyperactivité du réseau des neurones humains et de souris déficients en MYT1L post-mitotiques, mais également plusieurs phénotypes d'hyperactivité comportementale observés chez la souris. Cela suggère que des phénotypes spécifiques associés à l'haploinsuffisance MYT1L peuvent être sauvés par une intervention génétique ou des médicaments à petites molécules même plus tard dans le développement.

Dans l'ensemble, nous présentons la première preuve que les mutations de MYT1L déstabilisent le destin et la fonction des cellules neuronales et sont suffisantes pour provoquer des phénotypes associés aux TSA dans des modèles humains et murins. Par conséquent, l'incapacité à faire taire l'expression des gènes non neuronaux dans les neurones représente un nouveau mécanisme qui, au moins en partie, pourrait contribuer à l'étiologie des TSA. MYT1L est un facteur de transcription associé à une maladie neurodéveloppementale unique qui est spécifiquement exprimé dans pratiquement tous les neurones tout au long de la vie. Il est donc tentant de supposer que la répression active tout au long de la vie des programmes non neuronaux est une voie évolutivement conservée essentielle pour la prévention des troubles cérébraux. Fait intéressant, les niveaux de MYT1L diminuent au cours du vieillissement chez les souris et les humains (Fig. S1A supplémentaire), et il a récemment été suggéré que la perte d'identité des cellules neuronales joue un rôle dans les modèles de la maladie d'Alzheimer [75, 76], ce qui suggère que la neurodégénérescence pourrait également être régulé par le nouveau mécanisme médié par MYT1L présenté ici. Enfin, nous montrons que l'hyperactivité inattendue du réseau électrophysiologique lors d'une déficience en MYT1L dans les neurones post-mitotiques de souris et humains, et les phénotypes de comportement associés chez la souris, peuvent être ciblés de manière aiguë par le médicament approuvé lamotrigine, ce qui pourrait offrir une opportunité pour des interventions thérapeutiques.

Toutes les données sont disponibles dans le texte principal ou dans les documents complémentaires. La GSEA a été réalisée comme décrit ci-dessus. Les données de séquençage de nouvelle génération sont disponibles sur NCBI GEO GSE171327. Les données de spectrométrie de masse sont accessibles sur PRIDE PXD037867.

Lord C, Elsabbagh M, Baird G, Veenstra-Vanderweele J. Trouble du spectre autistique. Lancet 2018 ;392 : 508–20.

Article Google Scholar

Bourgeron T. De l'architecture génétique à la plasticité synaptique dans les troubles du spectre autistique. Nat Rev Neurosci. 2015;16:551–63.

Article CAS Google Scholar

Tuoc T, Dere E, Radyushkin K, Pham L, Nguyen H, Tonchev AB, et al. L'ablation de BAF170 dans le gyrus denté en développement et postnatal affecte la prolifération, la différenciation et l'apprentissage des cellules souches neurales. Mol Neurobiol. 2017;54:4618–35.

Article CAS Google Scholar

Tuoc TC, Boretius S, Sansom SN, Pitulescu ME, Frahm J, Livesey FJ, et al. La régulation de la chromatine par BAF170 contrôle la taille et l'épaisseur du cortex cérébral. Cellule de développement. 2013;25:256–69.

Article CAS Google Scholar

Katayama Y, Nishiyama M, Shoji H, Ohkawa Y, Kawamura A, Sato T, et al. L'haploinsuffisance CHD8 entraîne des phénotypes de type autistique chez la souris. Nature 2016;537:675–9.

Article CAS Google Scholar

Gompers AL, Su-Feher L, Ellegood J, Copping NA, Riyadh MA, Stradleigh TW, et al. L'haploinsuffisance germinale en Chd8 altère le développement du cerveau chez la souris. Nat Neurosci. 2017;20:1062–73.

Article CAS Google Scholar

Schaaf CP, Betancur C, Yuen RKC, Parr JR, Skuse DH, Gallagher L, et al. Un cadre pour une liste de gènes fondée sur des preuves pertinentes pour les troubles du spectre autistique. Nat Rev Genet. 2020;21:367–76.

Article CAS Google Scholar

Satterstrom FK, Kosmicki JA, Wang J, Breen MS, Rubeis SD, An JY, et al. Une étude à grande échelle sur le séquençage de l'exome implique à la fois des changements développementaux et fonctionnels dans la neurobiologie de l'autisme. Cellule 2020;180:568–84.e23.

Article CAS Google Scholar

Turner TN, Coe BP, Dickel DE, Hoekzema K, Nelson BJ, Zody MC, et al. Modèles génomiques de mutation de novo dans l'autisme simplex. Cellule 2017;171:710–22.e12.

Article CAS Google Scholar

Initiative de recherche sur l'autisme de la Fondation Simons SFARI. Les gènes candidats à risque d'autisme les mieux classés. Décembre 2019. https://www.sfari.org/resource/sfari-gene.

Cardoso-Moreira M, Halbert J, Valloton D, Velten B, Chen C, Shao Y, et al. Expression génique à travers le développement d'organes de mammifères. Nature 2019 ; 571 : 505–9.

Article CAS Google Scholar

Matsushita F, Kameyama T, Kadokawa Y, Marunouchi T. Modèle d'expression spatio-temporelle des facteurs de transcription des doigts de zinc de la famille Myt/NZF au cours du développement du système nerveux de la souris. DévDynam. 2014;243:588–600.

Article CAS Google Scholar

Lee Y, Mattai A, Long R, Rapoport JL, Gogtay N, Addington AM. Les microduplications perturbant le gène MYT1L (2p25.3) sont associées à la schizophrénie. Psychiatre Genet. 2012;22:206–9.

Article CAS Google Scholar

Rocker ND, Vergult S, Koolen D, Jacobs E, Hoischen A, Zeesman S, et al. Raffinement de la région critique de délétion 2p25.3 : le rôle de MYT1L dans la déficience intellectuelle et l'obésité. Genet Med. 2015;17:460–6.

Article Google Scholar

Windheuser IC, Becker J, Cremer K, Hundertmark H, Yates LM, Mangold E, et al. Neuf individus nouvellement identifiés affinent le phénotype associé aux mutations MYT1L. Am J Med Genet Partie A 2020;182:1021–31.

Article CAS Google Scholar

Blanchet P, Bebin M, Bruet S, Cooper GM, Thompson ML, Duban-Bedu B, et al. Les mutations MYT1L provoquent une déficience intellectuelle et une obésité variable en dérégulant l'expression des gènes et le développement de l'hypothalamus neuroendocrinien. Plos Genet. 2017;13:e1006957.

Article Google Scholar

Kim JG, Armstrong RC, Agoston DV, Robinsky A, Wiese C, Nagle J, et al. Le facteur de transcription de la myéline 1 (Myt1) de la lignée des oligodendrocytes, ainsi qu'un doigt de zinc CCHC étroitement apparenté, est exprimé dans les neurones en développement du système nerveux central des mammifères. J Neurosci Res. 1997;50:272–90.

3.0.CO;2-A" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291097-4547%2819971015%2950%3A2%3C272%3A%3AAID-JNR16%3E3.0.CO%3B2-A" aria-label="Article reference 17" data-doi="10.1002/(SICI)1097-4547(19971015)50:23.0.CO;2-A">Article CAS Google Scholar

Weiner JA, Chun J. Png‐1, un gène à doigt de zinc spécifique au système nerveux, identifie les régions contenant des neurones postmitotiques au cours du développement embryonnaire des mammifères. J Comp Neurol. 1997;381:130–42.

3.0.CO;2-4" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291096-9861%2819970505%29381%3A2%3C130%3A%3AAID-CNE2%3E3.0.CO%3B2-4" aria-label="Article reference 18" data-doi="10.1002/(SICI)1096-9861(19970505)381:23.0.CO;2-4">Article CAS Google Scholar

Mansfield P, Constantino JN, Baldridge D. MYT1L : une revue systématique de la variation génétique englobant la schizophrénie et l'autisme. Am J Med Genet Partie B Neuropsychiatre Genet. 2020;183:227–33.

Article Google Scholar

Vierbuchen T, Ostermeier A, Pang ZP, Kokubu Y, Sudhof TC, Wernig M. Conversion directe de fibroblastes en neurones fonctionnels par des facteurs définis. Nature 2010;463:1035–41.

Article CAS Google Scholar

Mall M, Kareta MS, Chanda S, Ahlenius H, Perotti N, Zhou B, et al. Myt1l protège l'identité neuronale en réprimant activement de nombreux destins non neuronaux. Nature 2017 ; 544 : 245–9.

Article CAS Google Scholar

Manukyan A, Kowalczyk I, Melhuish TA, Lemiesz A, Wotton D. Analyse de l'activité transcriptionnelle par les facteurs de transcription Myt1 et Myt1l. J Cell Biochem. 2018;119:4644–55.

Article CAS Google Scholar

Romm E, Kim JG, Kim NW, Nagle J, Hudson LD. La famille MyT1 recrute l'histone désacétylase pour réguler la transcription neuronale. J Neurochem. 2002 ;81 : 5–6.

Article Google Scholar

Treutlein B, Lee QY, Camp JG, Mall M, Koh W, Shariati SAM, et al. Dissection de la reprogrammation directe du fibroblaste au neurone à l'aide d'ARN-seq unicellulaire. Nature 2016 ;534 : 391–5.

Article Google Scholar

Lee QY, Mall M, Chanda S, Zhou B, Sharma KS, Schaukowitch K, et al. Activité pro-neuronale de Myod1 due à la liaison promiscuité aux gènes neuronaux. Nat Cell Biol. 2020;22:401–11.

Article CAS Google Scholar

Chen J, Lambo ME, Ge X, Dearborn JT, Liu Y, McCullough KB, et al. Un modèle de souris du syndrome MYT1L récapitule les phénotypes des patients et révèle un développement cérébral altéré en raison d'une maturation neuronale perturbée. Neuron 2021;109:3775–92.e14.

Article CAS Google Scholar

Kim S, Oh H, Choi SH, Yoo YE, Noh YW, Cho Y, et al. Déficits transcriptomiques, synaptiques et comportementaux postnatals de type ASD différentiels selon l'âge chez les souris mutantes Myt1l. Cell Rep. 2022;40:111398.

Article CAS Google Scholar

Maximov A, Pang ZP, Tervo DGR, Sudhof TC. Surveillance de la transmission synaptique dans les cultures neuronales primaires à l'aide d'une stimulation extracellulaire locale. J Neurosci Méth. 2007;161:75–87.

Article Google Scholar

Zhang Y, Pak CH, Han Y, Ahlenius H, Zhang Z, Chanda S, et al. Induction rapide en une seule étape de neurones fonctionnels à partir de cellules souches pluripotentes humaines. Neurone 2013 ; 78 : 785–98.

Article CAS Google Scholar

Schindelin J, Arganda-Carreras I, Frize E, Kaynig V, Longair M, Pietzsch T, et al. Fidji : une plate-forme open source pour l'analyse d'images biologiques. Méthodes Nat. 2012;9:676–82.

Article CAS Google Scholar

Arshadi C, Günther U, Eddison M, Harrington KIS, Ferreira TA. SNT : une boîte à outils fédératrice pour la quantification de l'anatomie neuronale. Méthodes Nat. 2021;18:374–7.

Article CAS Google Scholar

Levin JZ, Yassour M, Adiconis X, Nusbaum C, Thompson DA, Friedman N, et al. Analyse comparative complète des méthodes de séquençage d'ARN spécifiques à un brin. Méthodes Nat. 2010;7:709–15.

Article CAS Google Scholar

Dobin A, Davis CA, Schlesinger F, Drenkow J, Zaleski C, Jha S, et al. STAR : aligneur RNA-seq universel ultrarapide. Bioinformatique 2013 ; 29 : 15–21.

Article CAS Google Scholar

Love MI, Huber W, Anders S. Estimation modérée du changement de pli et de la dispersion des données ARN-seq avec DESeq2. Génome Biol. 2014;15:550.

Article Google Scholar

Mimitou EP, Cheng A, Montalbano A, Hao S, Stoeckius M, Legut M, et al. Détection multiplexée de protéines, transcriptomes, clonotypes et perturbations CRISPR dans des cellules individuelles. Méthodes Nat. 2019;16:409–12.

Article CAS Google Scholar

Gehring J, Park JH, Chen S, Thomson M, Pachter L. Séquence d'ARN unicellulaire hautement multiplexée par marquage d'oligonucléotides d'ADN de protéines cellulaires. Nat Biotechnol. 2020;38:35–38.

Article CAS Google Scholar

Zheng GXY, Terry JM, Belgrader P, Ryvkin P, Bent ZW, Wilson R, et al. Profilage transcriptionnel numérique massivement parallèle de cellules individuelles. Nat Commun. 2017;8:1–12.

Article Google Scholar

Hao Y, Hao S, Andersen-Nissen E, Mauck WM, Zheng S, Butler A, et al. Analyse intégrée de données unicellulaires multimodales. Cellule. 2021;183:3573–87.e29.

Wolf FA, Angerer P, Theis FJ. SCANPY : Analyse de données d'expression génique unicellulaire à grande échelle. Génome Biol. 2018;19:15.

Article Google Scholar

Burkhardt DB, Stanley JS, Tong A, Perdigoto AL, Gigante SA, Herold KC, et al. Quantification de l'effet des perturbations expérimentales à une résolution unicellulaire. Nat Biotechnol. 2021;39:619–29.

Miller SA, Policastro RA, Sriramkumar S, Lai T, Huntington TD, Ladaika CA, et al. Le LSD1 et la méthylation aberrante de l'ADN induisent la persistance des progéniteurs entéroendocriniens qui soutiennent le cancer colorectal mutant BRAF. Cancer Rés. 2021;81:3791–805.

Article CAS Google Scholar

Finak G, McDavid A, Yajima M, Deng J, Gersuk V, Shalek AK, et al. MAST : un cadre statistique flexible pour évaluer les changements transcriptionnels et caractériser l'hétérogénéité dans les données de séquençage d'ARN unicellulaire. Génome Biol. 2015;16:278.

Article Google Scholar

Skene PJ, Henikoff JG, Henikoff S. Profilage ciblé in situ à l'échelle du génome avec une efficacité élevée pour les faibles nombres de cellules. Protocole Nat. 2018;13:1006–19.

Article CAS Google Scholar

Liu YC, Cheng JK, Lien CC. Changements dynamiques rapides de l'inhibition dendritique dans le gyrus denté par des modèles d'activité présynaptiques. J Neurosci. 2014;34:1344–57.

Article CAS Google Scholar

Gelfman S, Wang Q, Lu YF, Hall D, Bostick CD, Dhindsa R, et al. MeaRtools : un package R pour l'analyse des réseaux de neurones enregistrés sur des réseaux de microélectrodes. Plos Comput Biol. 2018;14:e1006506.

Article Google Scholar

Ohtsuka T, Kageyama R. La surexpression de Hes1 conduit à l'expansion du pool de cellules souches neurales embryonnaires et du réservoir de cellules souches dans le cerveau postnatal. Développement 2021;148:dev189191.

Article CAS Google Scholar

Kang HJ, Kawasawa YI, Cheng F, Zhu Y, Xu X, Li M, et al. Transcriptome spatio-temporel du cerveau humain. Nature 2011 ;478 : 483–9.

Article CAS Google Scholar

Ran X, Li J, Shao Q, Chen H, Lin Z, Sun ZS, et al. EpilepsyGene : une ressource génétique pour les gènes et les mutations liés à l'épilepsie. Nucleic Acids Res 2015;43:D893–9.

Article CAS Google Scholar

Hormozdiari F, Penn O, Borenstein E, Eichler EE. La découverte de réseaux de gènes intégrés pour l'autisme et les troubles apparentés. Génome Res. 2015;25:142–54.

Article CAS Google Scholar

Voineagu I, Wang X, Johnston P, Lowe JK, Tian Y, Horvath S, et al. L'analyse transcriptomique du cerveau des autistes révèle une pathologie moléculaire convergente. Nature 2011 ;474 : 380–6.

Article CAS Google Scholar

Tuwaijri AA, Alfadhel M. La mutation MYT1L chez un patient provoque une déficience intellectuelle et l'apparition précoce d'obésité : à propos d'un cas et revue de la littérature. J Pediatr Endocrinol Metab. 2019;32:409–13.

Article Google Scholar

Loid P, Mäkitie R, Costantini A, Viljakainen H, Pekkinen M, Mäkitie O. Une nouvelle mutation MYT1L chez un patient atteint d'obésité précoce sévère et de déficience intellectuelle. Am J Med Genet A 2018;176:1972–5.

Article CAS Google Scholar

Eadie BD, Zhang WN, Boehme F, Gil-Mohapel J, Kainer L, Simpson JM, et al. Les souris knock-out Fmr1 montrent une anxiété réduite et des altérations de la neurogenèse spécifiques au gyrus denté ventral. Neurobiol Dis. 2009;36:361–73.

Article CAS Google Scholar

Samaco RC, Fryer JD, Ren J, Fyffe S, Chao HT, Sun Y, et al. Une perte partielle de l'allèle de fonction de la protéine 2 de liaison au méthyl-CpG prédit un syndrome neurodéveloppemental humain. Hum Mol Genet. 2008;17:1718–27.

Article CAS Google Scholar

Yi F, Danko T, Botelho SC, Patzke C, Pak C, Wernig M, et al. L'haploinsuffisance SHANK3 associée à l'autisme provoque une canalopathie Ih dans les neurones humains. Sciences 2016;352:aaf2669.

Article Google Scholar

Chanda S, Ang CE, Lee QY, Ghebrial M, Haag D, Shibuya Y, et al. La reprogrammation directe des neurones humains identifie MARCKSL1 comme un médiateur pathogène de la tératogénicité induite par l'acide valproïque. Cellule Cellule Souches. 2019;25:103–19.e6.

Article CAS Google Scholar

Pak C, Danko T, Zhang Y, Aoto J, Anderson G, Maxeiner S, et al. La modélisation des maladies neuropsychiatriques humaines à l'aide de la suppression conditionnelle révèle des défauts de transmission synaptique causés par des mutations hétérozygotes dans NRXN1. Cellule Cellule Souches. 2015;17:316–28.

Article CAS Google Scholar

Martin JF, Bradley A, Olson EN. Le gène de boîte homéo de type apparié MHox est requis pour les événements précoces de la squeletogenèse dans plusieurs lignées. Gène Dev. 1995;9:1237–49.

Article CAS Google Scholar

Stolt CC, Lommes P, Sock E, Chaboissier MC, Schedl A, Wegner M. Le facteur de transcription Sox9 détermine le choix du destin glial dans la moelle épinière en développement. Gène Dev. 2003;17:1677–89.

Article CAS Google Scholar

Flaherty E, Zhu S, Barretto N, Cheng E, Deans PJM, Fernando MB, et al. Impact neuronal de l'épissage aberrant NRXN1α spécifique au patient. Nat Genet. 2019;51:1679–90.

Article CAS Google Scholar

Liu XS, Wu H, Krzisch M, Wu X, Graef J, Muffat J, et al. Sauvetage des neurones du syndrome de l'X fragile par édition de la méthylation de l'ADN du gène FMR1. Cellule 2018;172:979–92.e6.

Article CAS Google Scholar

Amaral DG, Schumann CM, Nordahl CW. Neuroanatomie de l'autisme. Tendances Neurosci. 2008;31:137–45.

Article CAS Google Scholar

Consortium TGte. L'atlas du GTEx Consortium sur les effets régulateurs génétiques dans les tissus humains. Sciences 2020;369:1318–30.

Article Google Scholar

Satoda M, Zhao F, Diaz GA, Burn J, Goodship J, Davidson HR, et al. Des mutations dans TFAP2B provoquent le syndrome de Char, une forme familiale de persistance du canal artériel. Nat Genet. 2000;25:42–6.

Article CAS Google Scholar

Coursimault J, Guerrot AM, Morrow MM, Schramm C, Zamora FM, Shanmugham A, et al. Trouble neurodéveloppemental associé à MYT1L : description de 40 nouveaux cas et revue de la littérature des aspects cliniques et moléculaires. Hum Genet. 2022;141:65–80.

Article CAS Google Scholar

Schott JJ, Alshinawi C, Kyndt F, Probst V, Hoorntje TM, Hulsbeek M, et al.. Les défauts de conduction cardiaque s'associent à des mutations dans SCN5A. Mouillé Genet. 1999;23:20–1.

Article CAS Google Scholar

Wegerer JV, Helinger B, Berger M, Walden J. Un effet antagoniste du calcium du nouveau médicament antiépileptique lamotrigine. Eur Neuropsychopharm. 1997;7:77–81.

Article Google Scholar

Rogawski MA, Loscher W. La neurobiologie des médicaments antiépileptiques. Nat Rev Neurosci. 2004;5:553–64.

Article CAS Google Scholar

Vasconcelos FF, Sessa A, Laranjeira C, Raposo AASF, Teixeira V, Hagey DW, et al. MyT1 contrecarre le programme de progéniteurs neuronaux pour favoriser la neurogenèse des vertébrés. Représentant de cellule 2016;17:469–83.

Article CAS Google Scholar

Wöhr M, Fong WM, Janas JA, Mall M, Thome C, Vangipuram M, et al. L'haploinsuffisance de Myt1l conduit à l'obésité et à des altérations comportementales multiformes chez la souris. Mol Autisme. 2022;13:19.

Article Google Scholar

Chen J, Fuhler N, Noguchi K, Dougherty JD. MYT1L est nécessaire pour supprimer les programmes de développement neuronal antérieurs dans le cerveau de la souris adulte. BioRxiv 2022. https://doi.org/10.1101/2022.10.17.512591.

Heyes S, Pratt WS, Rees E, Dahimene S, Ferron L, Owen MJ, et al. Perturbation génétique des canaux calciques voltage-dépendants dans les troubles psychiatriques et neurologiques. Prog Neurobiol. 2015;134:36–54.

Article CAS Google Scholar

Andrade A, Brennecke A, Mallat S, Brown J, Gomez-Rivadeneira J, Czepiel N, et al. Associations génétiques entre les canaux calciques voltage-dépendants et les troubles psychiatriques. Int J Mol Sci. 2019;20:3537.

Article CAS Google Scholar

Avazzadeh S, McDonagh K, Reilly J, Wang Y, Boomkamp SD, McInerney V, et al. Augmentation de la signalisation Ca2+ dans les neurones NRXN1α+/− dérivés de cellules souches pluripotentes induites par les TSA. Mol Autisme. 2019;10:52.

Article CAS Google Scholar

Caldwell AB, Liu Q, Schroth GP, Galasko DR, Yuan SH, Wagner SL, et al. La dédifférenciation et la répression neuronale définissent la maladie d'Alzheimer familiale. Sci Adv. 2020;6:5933–46.

Article Google Scholar

Mertens J, Herdy JR, Traxler L, Schafer ST, Schlachetzki JCM, Böhnke L, et al. Instabilité liée à l'âge du destin neuronal mature dans les neurones induits de patients atteints de la maladie d'Alzheimer. Cellule Cellule Souches. 2021;28:1533–48.

Loo L, Simon JM, Xing L, McCoy ES, Niehaus JK, Guo J, et al. Analyse transcriptomique unicellulaire du développement néocortical de la souris. Nat Commun. 2019;10:1–11.

Article CAS Google Scholar

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Nous remercions L. Meng et M. Wernig pour leur soutien dans la génération et le partage généreux de souris déficientes en MYT1L. Nous remercions I. Everlien pour ses conseils techniques et K. Oliveras Mate pour l'analyse initiale de la transcription. Nous remercions les installations de base du DKFZ, en particulier la plateforme de génomique et de protéomique (A. Schulz), le scOpenLab (P. Mallm), les gardiens du Centre de recherche préclinique (S. So) et l'installation de microscopie optique (M. Brom, D. Krunic). Nous remercions également B. Kurpiers et C. Pitzer du Interdisciplinary Neurobehavioural Core de l'Université de Heidelberg pour leur soutien exceptionnel. Nous remercions C. Schaaf, D. Odom, F. Winkler, L. Steinmetz, H. Ahlenius, A. Agarwal et les membres du laboratoire Mall, y compris T. Kanamaru, pour leurs idées et discussions.

Ce travail a été soutenu par un financement de la Chica and Heinz Schaller Stiftung, 2019 NARSAD Young Investigator Grant, DFG SFB1158-SO2, et une 2021 Fritz Thyssen Grant to CAc and CellNetworks (EXC81), 2020 NARSAD Young Investigator Grant, DFG 504019642, ERC StG No 804710 et la Hector Stiftung II gGmbH à MM. DP a été pris en charge par le DFG SFB1324. Des bourses ont été accordées par le DAAD / ANID à JC (57451854/62180003) et la Helmholtz International Graduate School à BW, JFT, BL, JT et MS. Financement Open Access activé et organisé par Projekt DEAL.

Ignacio L.Ibarra

Adresse actuelle : Institut de biologie computationnelle, Helmholtz Zentrum München, Centre de recherche allemand pour la santé environnementale, 85764, Neuherberg, Allemagne

Ces auteurs ont contribué à parts égales : Bettina Weigel, Jana F. Tegethoff.

Cell Fate Engineering and Disease Modeling Group, Centre allemand de recherche sur le cancer (DKFZ) et Alliance DKFZ-ZMBH, 69120, Heidelberg, Allemagne

Bettina Weigel, Jana F. Tegethoff, Sarah D. Grieder, Bryce Lim, Bhuvaneswari Nagarajan, Jule Truberg, Juan M. Adrian-Segarra, Laura K. Schmidt, Janina Kaspar, Eric Poisel, Elisa Heinzelmann, Manu Saraswat, Marleen Christ & Moritz Centre commercial

HITBR Hector Institute for Translational Brain Research gGmbH, 69120, Heidelberg, Allemagne

Bettina Weigel, Jana F. Tegethoff, Sarah D. Grieder, Bryce Lim, Bhuvaneswari Nagarajan, Jule Truberg, Juan M. Adrian-Segarra, Laura K. Schmidt, Janina Kaspar, Eric Poisel, Elisa Heinzelmann, Manu Saraswat, Marleen Christ & Moritz Centre commercial

Institut central de la santé mentale, Faculté de médecine de Mannheim, Université de Heidelberg, 68159, Mannheim, Allemagne

Bettina Weigel, Jana F. Tegethoff, Sarah D. Grieder, Bryce Lim, Bhuvaneswari Nagarajan, Jule Truberg, Juan M. Adrian-Segarra, Laura K. Schmidt, Janina Kaspar, Eric Poisel, Elisa Heinzelmann, Manu Saraswat, Marleen Christ & Moritz Centre commercial

Faculté des biosciences, Université de Heidelberg, 69120, Heidelberg, Allemagne

Bettina Weigel, Jana F. Tegethoff, Bryce Lim, Jule Truberg et Manu Saraswat

Département de neurobiologie clinique, Hôpital universitaire de Heidelberg et DKFZ, Heidelberg, Allemagne

Yu-Chao Liu et Hannah Monyer

Division de la protéomique des cellules souches et du cancer, Centre allemand de recherche sur le cancer (DKFZ), 69120, Heidelberg, Allemagne

Dimitris Papageorgiou & Jeroen Krijgsveld

Faculté de médecine, Université de Heidelberg, 69120, Heidelberg, Allemagne

Dimitris Papageorgiou & Jeroen Krijgsveld

Laboratoire européen de biologie moléculaire, Unité de biologie structurale et computationnelle, 69115, Heidelberg, Allemagne

Christian Arnold, Ignatius L. Ibarra et Judith B. Zaugg

Groupe de recherche Chica et Heinz Schaller, Institut d'anatomie et de biologie cellulaire, Université de Heidelberg, 69120, Heidelberg, Allemagne

Joaquín Campos & Claudio Acuna

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BW et JFT étaient responsables de la conception de la recherche, de l'exécution, de l'analyse et de la préparation du manuscrit. BL, EP, MS, ILI et CAr ont conçu et mis en œuvre l'analyse bioinformatique. SG a réalisé l'ingénierie des cellules souches et induit des expériences sur les neurones. JT, LKS, MC et JK ont contribué à la culture primaire et à l'analyse d'images. BN et JK ont soutenu des études de comportement. JAS a réalisé des expériences sur cellule unique. YCL, JC et CAc ont effectué l'électrophysiologie. DP et JK ont effectué la spectrométrie de masse. HM, CAc et JZ ont donné des conseils sur la conception de la recherche et la préparation du manuscrit. MM a conçu et supervisé la recherche, interprété les données et rédigé le manuscrit avec la contribution de tous les auteurs.

Correspondance au centre commercial Moritz.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Weigel, B., Tegethoff, JF, Grieder, SD et al. L'haploinsuffisance de MYT1L dans les neurones humains et les souris provoque des phénotypes associés à l'autisme qui peuvent être inversés par une intervention génétique et pharmacologique. Mol Psychiatrie (2023). https://doi.org/10.1038/s41380-023-01959-7

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Reçu : 24 mars 2022

Révisé : 30 décembre 2022

Accepté : 11 janvier 2023

Publié: 14 février 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41380-023-01959-7

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