Sex differences in cell type-specific transcriptional programs and GPCR signaling in the human subgenual anterior cingulate cortex

Resumen Técnico: Diferencias de Sexo en los Programas Transcripcionales Específicos de Tipo Celular y la Señalización de GPCR en la cgACC Humana

Planteamiento del Problema
Los trastornos psiquiátricos exhiben marcadas diferencias de sexo en la aparición de la enfermedad, la presentación de los síntomas y la respuesta al tratamiento. Si bien se ha vinculado que las alteraciones en tipos celulares específicos dentro de la corteza cingulada anterior subgenual (cgACC) están relacionadas con enfermedades psiquiátricas, no está claro si existen perfiles transcripcionales intrínsecos y específicos de sexo en estas poblaciones bajo condiciones basales (no psiquiátricas). Comprender estas diferencias basales es crítico para explicar la vulnerabilidad sesgada por sexo a la disfunción de los circuitos neuronales y la variabilidad en el tratamiento. Este estudio aborda la brecha de conocimiento sobre cómo se manifiestan las diferencias de sexo a través de poblaciones molecularmente distintas de neuronas en la cgACC humana.

Metodología
El estudio empleó un enfoque multimodal que combina la transcriptómica humana postmortem con la electrofisiología de roedores:

1. Transcriptómica Humana:

   • Muestra: Datos de secuenciación de ARN de neuronas obtenidas mediante microdisección por captura láser (LCM) de la cgACC de 19 sujetos de control no psiquiátricos (9 mujeres, 10 hombres).
   • Tipos Celulares: Se analizaron cinco poblaciones distintas: neuronas piramidales excitatorias de las capas 2/3 (PyrL2/3) y 5/6 (PyrL5/6), e interneuronas inhibitorias que expresan parvalbúmina (PVALB), somatostatina (SST) o péptido intestinal vasoactivo (VIP).
   • Análisis:
     • Expresión Diferencial (DE): Modelos lineales (limma) identificaron genes diferencialmente expresados (DEG) asociados al sexo con umbrales de $p < 0.05$ y $|\log_2\text{FC}| > 0.26$.
     • Enriquecimiento de Vías: Análisis de Ontología Génica (GO) vía Metascape.
     • Análisis de Redes: El Análisis de Redes de Coexpresión de Genes Ponderados (WGCNA) identificó módulos de coexpresión de genes. El Análisis de Conectividad Diferencial de Módulos (MDC) se utilizó para comparar la fuerza de la red entre sexos. Los genes "hub" (núcleo) se identificaron mediante el método ARACNe.
     • Solapamiento: El solapamiento hipergeométrico de rango-rango (RRHO) evaluó la concordancia/discordancia de los patrones de DE entre tipos celulares.

2. Electrofisiología de Roedores:

   • Modelo: Ratones adultos machos y hembras PV-Cre $\times$ Rosa26-tdTomato para identificar fluorescentemente interneuronas PVALB en la corteza prefrontal prelimbica (PL-PFC).
   • Técnica: Registros de patch-clamp de célula completa en modo de corriente de entrada (current-clamp).
   • Protocolo: Se generaron curvas de entrada-salida (input-output) mediante inyecciones de corriente. Se aplicó el agonista muscarínico oxotremorina-M (OXO) para activar los GPCR. Los experimentos incluyeron el antagonista M1 VU0255035 y el antagonista M2 AF-DX 116 para aislar los efectos del receptor M2.

Contribuciones Clave y Resultados

• Diferencias de Sexo Transcripcionales Específicas de Tipo Celular:

  • Se detectaron diferencias de sexo en la expresión génica en los cinco tipos celulares, pero variaron significativamente en magnitud y dirección.
  • Interneuronas PVALB: Mostraron el mayor enriquecimiento femenino (355 DEGs), con vías relacionadas con la actividad sináptica y de canales.
  • Interneuronas SST: Exhibieron un fuerte enriquecimiento masculino (461 DEGs), mapeando hacia procesos de células epiteliales y uniones estrechas.
  • Células VIP y Piramidales: También mostraron perfiles distintos sesgados por sexo, aunque con un enriquecimiento total menor que PVALB o SST.
  • Convergencia Limitada: El análisis RRHO reveló una concordancia mínima en la expresión génica sesgada por sexo entre diferentes tipos celulares, lo que indica que las diferencias de sexo transcripcionales son mayoritariamente específicas de cada tipo celular y no fenómenos corticales globales.

• Conectividad de Red Específica de Sexo:

  • WGCNA identificó módulos de coexpresión preservados con conectividad sesgada por sexo.
  • Módulos SST: El módulo SST_4 estuvo más conectado en mujeres y fue enriquecido para DEGs. Los genes hub incluyeron factores de señalización inmunitaria (IL1R1, DOCK2) y componentes de la matriz extracelular (MMP2). Notablemente, aunque el módulo estaba más conectado en mujeres, genes hub específicos como IL1R1 fueron enriquecidos en machos.
  • Módulos PVALB: El módulo PVALB_1 mostró una mayor conectividad en machos. Los genes hub involucraron la señalización de GPCR (GPR75, GPR22, GNB3) y procesos mitocondriales/bioenergéticos (MRPL28, TIMM50, IDH2).

• Señalización de GPCR y Validación Funcional:

  • Hallazgo Transcriptómico: Entre los GPCR, CHRM2 (que codifica el receptor de acetilcolina muscarínica M2) mostró la segunda diferencia de sexo más fuerte en general y fue selectivamente enriquecido en células PVALB femeninas (logFC = 3.7).
  • Validación Funcional: La electrofisiología en la PFC de ratón demostró que la activación del receptor M2 (vía OXO) aumentó significativamente las tasas máximas de disparo de las interneuronas PVALB en ratones hembra, pero no tuvo efecto en ratones macho.
  • Confirmación del Mecanismo: El aumento de la frecuencia de disparo específico de sexo en hembras fue abolido por el antagonista M2 AF-DX 116, confirmando que el efecto está mediado por los receptores M2.

Significancia y Reivindicaciones
Los autores afirman que sus hallazgos demuestran diferencias de sexo intrínsecas y específicas de tipo celular en la cgACC humana que corresponden a diferencias funcionales en la señalización de neuromoduladores. Específicamente:

1. Diferencias Basales: Existen diferencias de sexo en los perfiles transcriptómicos, las vías biológicas y la conectividad de las redes en individuos no psiquiátricos, lo que sugiere que estas son variaciones biológicas fundamentales y no artefactos de la enfermedad.
2. Relevancia Funcional: El estudio une la transcriptómica humana y la fisiología de roedores, mostrando que el enriquecimiento femenino de CHRM2 en las células PVALB se traduce en una diferencia funcional en la señalización del receptor M2 (aumento de la excitabilidad en hembras).
3. Implicaciones Terapéuticas: Dado que los GPCR son objetivos farmacológicos principales y las condiciones psiquiátricas muestran respuestas al tratamiento sesgadas por sexo, estos hallazgos sugieren que la señalización de GPCR específica de sexo (particularmente M2 en células PVALB) puede subyacer a las diferencias en la función de los circuitos y la eficacia del tratamiento en trastornos como el trastorno depresivo mayor y la esquizofrenia.

Los autores mantienen un tono modesto respecto a sus afirmaciones, señalando que el tamaño limitado de la muestra requirió el uso de valores p brutos en lugar de valores corregidos por FDR para algunas interpretaciones, y que se necesitan estudios futuros con cohortes más grandes y manipulaciones genéticas para confirmar estos mecanismos de manera definitiva.