BACKGROUND: Functional and structural studies of the brain highlight the importance of white matter alterations in schizophrenia. However, molecular studies of the alterations associated with the disease remain insufficient.
AIM: To study the lipidome and transcriptome composition of the corpus callosum in schizophrenia, including analyzing a larger number of biochemical lipid compounds and their spatial distribution in brain sections, and corpus callosum transcriptome data. To integrate the results of molecular approaches to create a comprehensive molecular perspective of the disease.
METHODS: A total of 8 brain tissue samples (4 from healthy controls (HC) + 4 from schizophrenia patients (SZ)) were analyzed using high-performance liquid chromatography with mass spectrometry (HPLC-MS) and RNA sequencing for transcriptome profiling. Additionally, 6 brain tissue samples (3 HC + 3 SZ) were analyzed using matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometric imaging (MALDI-MSI). This approach enabled the characterization of mRNA and lipids in brain tissue samples, and the spatial distribution of selected lipids within brain sections.
RESULTS: The analysis revealed a general trend of reduced lipid levels in the corpus callosum of schizophrenia patients for lipid classes measured by mass spectrometric methods. Specifically, nine lipid classes detected via HPLC-MS showed significant differences in schizophrenia samples, with seven of them having lower median intensity. The results between HPLC-MS and MALDI-MSI were highly concordant. Transcriptome analysis identified 1,202 differentially expressed genes, clustered into four functional modules, one of which was associated with lipid metabolism.
CONCLUSION: We identified a series of lipidome and transcriptome alterations in the corpus callosum of schizophrenia patients that were internally consistent and aligned well with previous findings on white matter lipidome changes in schizophrenia. These results add to the existing scope of molecular alterations associated with schizophrenia, shedding light on the biological processes potentially involved in its pathogenesis.
ВВЕДЕНИЕ: Функциональные и структурные исследования мозга свидетельствуют о важной роли изменений белого вещества при шизофрении. Однако исследований молекулярных изменений в белом веществе, связанных с заболеванием, недостаточно.
ЦЕЛЬ: Изучить липидомный и транскриптомный составы мозолистого тела головного мозга при шизофрении и в норме, включая анализ большего числа биохимических классов липидных соединений и их пространственного распределения в срезах мозга, с помощью данных транскриптома. Объединить результаты различных молекулярных подходов для создания комплексной молекулярной картины заболевания.
МЕТОДЫ: Исследовали 8 образцов мозговой ткани: 4 от здоровой контрольной группы (КГ) + 4 от больных шизофренией (Ш) с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии с масс-спектрометрией (ВЭЖХ-МС) и секвенирования транскриптома. Дополнительно 6 образцов мозговой ткани (3 КГ + 3 Ш) проанализировали с помощью масс-спектрометрической визуализации с использованием матрично-активированной лазерной десорбции/ионизации (МАЛДИ-МС). Это позволило выявить относительное количество мРНК и липидов в образцах мозговой ткани, а также определить пространственное распределение некоторых липидов в срезах мозга.
РЕЗУЛЬТАТЫ: Исследование на основании данных масс-спектрометрических методов выявило общую тенденцию к относительно более низкому количеству липидов в мозолистом теле при шизофрении. Измерение количества липидов в образцах мозговой ткани пациентов с шизофренией с помощью ВЭЖХ-МС показало различия в уровнях липидов всех 9 классов. Кроме того, 7 из них имели относительно более низкую медианную интенсивность. Результаты методов ВЭЖХ-МС и МАЛДИ-МС продемонстрировали высокую степень соответствия. Анализ транскриптома определил 1202 дифференциально экспрессируемых гена. Они составляют 4 функциональных модуля, один из которых связан с метаболизмом липидов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ: Мы обнаружили в мозолистом теле головного мозга пациентов с шизофренией ряд изменений липидома и транскриптома, которые внутренне консистентны, а также хорошо согласуются с предыдущими выводами о липидоме белого вещества при шизофрении и дополняют их. Полученные в исследовании данные указывают на биологические процессы, которые могут претерпевать изменения во время развития патологии, и расширяют знания о существующем спектре молекулярных изменений, связанных с шизофренией.