Investigation of gene expression and molecular mechanisms that characterize the acute phase of spinal cord injury

Abstract

Investigation of gene expression and molecular mechanisms that characterize the acute phase of spinal cord injury ABSTRACT Spinal cord injury (SCI) triggers molecular and cellular cascades that drive secondary damage and impede recovery. This dissertation combines multimodal expression profiling with mechanistic studies to interrogate the acute SCI response, focusing on miR-20a and mTOR signaling. In an in vivo rat model, we mapped dysregulated genes across three phases: early (3-12 h), transitional (24 h), and late-acute (3-7 d). Bulk RNA-seq deconvolution revealed dynamic shifts in cell populations, while miRNA profiling charted temporal changes in these populations. Integration of miRNA-mRNA-protein data highlighted key regulators, notably the miR-17-92 cluster and miR-20a. In vitro, oxidative stress assays in iPSC-derived neural progenitors (iPSC-NPs) demonstrated that miR-20a inhibition enhances resilience by upregulating anti-apoptotic proteins and modulating survival pathways, including STAT3 and the PI3K/Akt/mTOR pathway. In an ex vivo SCI model using organotypic tissue slices, miR-20a inhibition also normalized lesion- associated proteins. Finally, rapamycin tuned upstream and downstream mTOR components in iPSC-NPs, reducing proliferation while promoting neural differentiation. Together, these...

Výzkum genové exprese a molekulárních mechanismů, které charakterizovaly akutní fázi poranění míchy ABSTRAKT Poranění míchy (SCI) spouští molekulární a buněčné kaskády, které vedou k sekundárnímu poškození a brzdí zotavení. Tato dizertace kombinuje multimodální profilování exprese s mechanistickými studiemi k prozkoumání akutní odpovědi po SCI se zaměřením na miR-20a a signalizaci mTOR. V in vivo potčím modelu jsme zmapovali deregulované geny ve třech fázích: časné (3-12 h), přechodné (24 h) a pozdní akutní (3-7 d). Dekonvoluce bulk RNA-seq odhalila dynamické posuny buněčných populací, zatímco profilace miRNA zachytila jejich časové změny. Integrace dat miRNA-mRNA-protein zvýraznila klíčové regulátory, zejména klastr miR-17-92 a miR-20a. V in vitro testech oxidačního stresu u neuronálních prekurzorů odvozených z iPSC (iPSC-NPs) inhibice miR-20a zvýšila odolnost zvýšením antiapoptotických proteinů a modulací survivalních drah, včetně STAT3 a PI3K/Akt/mTOR. V ex vivo modelu SCI s organotypickými řezy tkáně inhibice miR-20a také normalizovala proteiny spojené s lézí. Nakonec rapamycin "ladil" upstream i downstream složky dráhy mTOR v iPSC-NPs, snižoval proliferaci a podporoval neuronální diferenciaci. Tato zjištění společně vymezují koordinované programy akutní fáze, nominují miR-20a jako uchopitelný cíl ke...