"Mapa MUSIC" pokazuje, że niektóre komórki mózgowe starzeją się szybciej

Inżynierowie z University of California w San Diego odkryli, że niektóre komórki mózgowe starzeją się szybciej niż inne i są nieproporcjonalnie liczne u osób z chorobą Alzheimera. Naukowcy zaobserwowali również różnice w procesie starzenia się niektórych komórek mózgowych w zależności od płci: Kora mózgowa kobiet ma wyższy odsetek „starych” oligodendrocytów w porównaniu do „starych” neuronów w porównaniu do kory mózgowej mężczyzn.

Odkrycia te stały się możliwe dzięki nowej technice zwanej MUSIC (mapowanie interakcji kwasów nukleinowych w pojedynczych komórkach), która pozwala badaczom zajrzeć do wnętrza pojedynczych komórek mózgowych i zmapować interakcje między chromatyną — ściśle zwiniętą formą DNA — a RNA. Technika ta umożliwia wizualizację tych interakcji na poziomie pojedynczych komórek i badanie, jak wpływają one na ekspresję genów.

„MUZYKA to potężne narzędzie, które pozwala nam lepiej zrozumieć złożone aspekty choroby Alzheimera ” – powiedział starszy autor badania, Sheng Zhong, profesor w Katedrze Bioinżynierii Shu Chien-Gen Lai w Jacobs School of Engineering na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego.

„Technologia ta ma potencjał odkrycia nowych mechanizmów molekularnych leżących u podstaw patologii choroby Alzheimera, co może utorować drogę do bardziej ukierunkowanych interwencji terapeutycznych i lepszych wyników dla pacjentów”.

Ludzki mózg zawiera złożoną sieć komórek, które komunikują się i oddziałują na siebie w złożony sposób. W obrębie każdej z tych komórek składniki genetyczne, w tym chromatyna i RNA, oddziałują dynamicznie, aby określić krytyczne funkcje komórkowe. W miarę jak komórki mózgowe rosną i starzeją się, te interakcje między chromatyną i RNA ulegają zmianie. A te kompleksy mogą się znacznie różnić w zależności od komórki, szczególnie w dojrzałych komórkach. Rozwikłanie zawiłości tych interakcji pozostaje jednak wyzwaniem.

Na ratunek przyszła technika zwana MUSIC, która zapewnia wgląd w wewnętrzne funkcjonowanie poszczególnych komórek mózgowych. Wykorzystując MUSIC, zespół Zhonga przeanalizował pośmiertne próbki mózgu, w szczególności tkankę kory czołowej człowieka, od 14 dawców w wieku 59 lat i starszych, z których część cierpiała na chorobę Alzheimera, a część nie.

Odkryli, że różne typy komórek mózgowych wykazywały różne wzorce interakcji między chromatyną i RNA. Co ciekawe, komórki z mniejszą liczbą krótkich interakcji chromatyny wykazywały tendencję do wykazywania oznak starzenia się i choroby Alzheimera.

„Dzięki wykorzystaniu tej transformacyjnej technologii do analizy pojedynczych komórek odkryliśmy, że niektóre komórki mózgowe są starsze od innych” – powiedział Zhong. Wyjaśnił, że osoby z chorobą Alzheimera mają większą liczbę tych starszych komórek mózgowych niż osoby zdrowe.

Naukowcy sądzą, że odkrycie to może pomóc w opracowaniu nowych metod leczenia choroby Alzheimera.

„Jeśli uda nam się zidentyfikować zderegulowane geny w tych starych komórkach i zrozumieć ich funkcje w lokalnej strukturze chromatyny, będziemy mogli również zidentyfikować nowe potencjalne cele terapeutyczne” – powiedział pierwszy autor badania Xingzhao Wen, doktorant bioinformatyki w laboratorium Zhonga.

Badanie wykazało również różnice płciowe w starzeniu się komórek mózgowych. W korze mózgowej kobiet naukowcy odkryli wyższy stosunek starych oligodendrocytów do starych neuronów. Oligodendrocyty to rodzaj komórek mózgowych, które tworzą warstwę ochronną wokół neuronów. Biorąc pod uwagę ich krytyczną rolę w utrzymaniu prawidłowej funkcji mózgu, zwiększona liczba starych oligodendrocytów może nasilać spadek funkcji poznawczych.

„Nieproporcjonalna obecność starzejących się oligodendrocytów w korze mózgowej kobiet może rzucić nowe światło na zwiększone ryzyko zaburzeń neurodegeneracyjnych i psychiatrycznych obserwowanych u kobiet” – powiedział Wen.

Kolejnym krokiem dla naukowców będzie dalsza optymalizacja narzędzia MUSIC, tak aby można było za jego pomocą identyfikować czynniki, takie jak geny regulacyjne i obwody genetyczne, które odpowiadają za przyspieszone starzenie się niektórych komórek mózgowych.

„Następnie opracujemy strategie mające na celu stłumienie aktywności tych genów lub obwodów, mając nadzieję na spowolnienie starzenia się mózgu” – powiedział Zhong.

Wyniki badań opisano szczegółowo w artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature.