摘要
背景/目标：睡眠和昼夜节律紊乱在神经发育障碍中十分常见，然而将时钟相关转录调控因子与疾病易感性联系起来的发育机制仍不清楚。方法：本研究整合了人类发育期大脑转录组数据、加权基因共表达网络分析（WGCNA）、人类和小鼠的大脑单细胞图谱、产前免疫激活转录组以及自闭症谱系障碍（ASD）的死后大脑数据集，以表征BrainSpan衍生的大脑皮层发育程序，并探讨这些程序在异常状态和疾病环境中的表现。结果：在BrainSpan对应的额叶皮层中，典型的时钟相关基因遵循具有结构性的但异质性的发育轨迹，而非表现为一个协调的振荡器单元。WGCNA分析发现一个产后增强型的BrainSpan衍生主要发育模块，该模块与发育年龄密切相关，并富含突触信号传导、神经递质转运、离子转运、膜兴奋性、细胞呼吸、代谢调节和蛋白质稳态相关基因。网络分析将多个时钟相关基因及调控基因（包括NPAS2、BHLHE40、BHLHE41、PER家族成员、RORA、NR1D1/2和CLOCK）纳入更广泛的神经元和稳态共表达结构中，尽管这些基因在模块中的关联强度存在显著差异。将这些基因投影到人类大脑单细胞发育图谱上，发现修正后的BrainSpan衍生发育特征在兴奋性和抑制性神经元群体中的表达得分相对较高，而在神经母细胞和放射状胶质细胞群体中得分较低。小鼠大脑单细胞图谱提供了不同发育阶段和细胞类型下时钟相关基因表达情况的比较视图，以及皮层形成过程中的这种发育特征的传递情况。在基于Poly(I:C)的母体免疫激活数据集中，重新分析后发现了E12.5暴露后的全基因组转录反应。然而，无论是总体时钟基因表达得分还是独立传递的BrainSpan衍生发育特征，均未显示出显著的整体处理效应或处理与采集阶段的交互作用，表明该批量数据集更多反映了异常状态下的情况，而非发育程序的选择性破坏。对GSE28521数据的区域分层探索性分析显示，BrainSpan衍生发育特征的效应几乎为零，所有检查区域的置信区间均跨越零点。因此，这些ASD死后研究结果应被视为边界评估，而非ASD特异性的趋同证据。结论：总体而言，这些研究结果表明时钟相关基因是发育调节的皮层成熟过程的组成部分，这些过程富含神经元信号传导、突触成熟、代谢调节和应激响应机制。
