„Mapa MUZYKI” pokazuje, że niektóre komórki mózgowe starzeją się szybciej

Inżynierowie z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego odkryli, że niektóre komórki mózgowe starzeją się szybciej niż inne, a u osób chorych na chorobę Alzheimera jest ich nieproporcjonalnie dużo. Ponadto naukowcy zaobserwowali różnice w procesie starzenia się niektórych komórek mózgowych w zależności od płci: w korze mózgowej kobiet występował większy odsetek „starych” oligodendrocytów w porównaniu ze „starymi” neuronami w porównaniu do kory mózgowej u mężczyzn. p>

Odkrycia te były możliwe dzięki nowej technice zwanej MUSIC (mapowanie interakcji kwasów nukleinowych w pojedynczych komórkach), która umożliwia badaczom zaglądanie do wnętrza poszczególnych komórek mózgowych i mapowanie interakcji między chromatyną – ciasno złożoną formą DNA – i RNA. Technika ta pozwala nam wizualizować te interakcje na poziomie pojedynczych komórek i badać, jak wpływają one na ekspresję genów.

„MUZYKA to potężne narzędzie, które pozwala nam głębiej zagłębić się w złożone aspekty choroby Alzheimera” – powiedział starszy autor badania Sheng Zhong, profesor bioinżynierii Shu Chien. Gena Lai z Jacobs School of Engineering na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego.

„Technologia ta może potencjalnie odkryć nowe mechanizmy molekularne leżące u podstaw patologii choroby Alzheimera, co może utorować drogę bardziej ukierunkowanym interwencjom terapeutycznym i lepszym wynikom leczenia pacjentów.”

Ludzki mózgzawiera złożoną sieć komórek, które komunikują się i wchodzą w interakcje w złożony sposób. W każdej z tych komórek zachodzi dynamiczna interakcja składników genetycznych, w tym chromatyny i RNA, które determinują podstawowe funkcje komórkowe. W miarę wzrostu i starzenia się komórek mózgowych interakcje między chromatyną a RNA ulegają zmianie. W każdej komórce kompleksy te mogą się znacznie różnić, szczególnie w komórkach dojrzałych. Jednak odkrycie subtelności tych interakcji pozostało wyzwaniem.

Na ratunek przyszła technika MUZYKA, która umożliwia wgląd w wewnętrzne działanie poszczególnych komórek mózgowych. Korzystając z narzędzia MUSIC, zespół Zhonga przeanalizował pośmiertne próbki mózgu, w szczególności ludzką tkankę kory czołowej, pobrane od 14 dawców w wieku 59 lat lub starszych, niektórych z chorobą Alzheimera, a innych bez.

Odkryli, że różne typy komórek mózgowych wykazują różne wzorce interakcji między chromatyną a RNA. Co ciekawe, komórki z mniejszą liczbą krótkich interakcji z chromatyną zwykle wykazywały oznaki starzenia i choroby Alzheimera.

„Wykorzystując tę transformacyjną technologię do analizy pojedynczych komórek, odkryliśmy, że niektóre komórki mózgowe są starsze od innych” – powiedział Zhong. Wyjaśnił, że osoby cierpiące na chorobę Alzheimera mają większą liczbę tych starych komórek mózgowych w porównaniu do osób zdrowych.

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

„Jeśli uda nam się zidentyfikować rozregulowane 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 z bioinformatyki w laboratorium Zhonga.

Badanie wykazało również różnice między płciami 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 kluczową rolę w utrzymaniu prawidłowego funkcjonowania mózgu, zwiększona liczba starych oligodendrocytów może zaostrzyć pogorszenie funkcji poznawczych.

„Nieproporcjonalna obecność starych oligodendrocytów w korze mózgowej kobiet może rzucić nowe światło na zwiększone ryzyko chorób neurodegeneracyjnych i psychiatrycznych obserwowane u kobiet” – stwierdziła Wen.

Następnie naukowcy będą pracować nad dalszą optymalizacją aplikacji MUSIC w celu wykorzystania jej do identyfikacji czynników — takich jak geny regulacyjne i obwody genetyczne — odpowiedzialnych za przyspieszone starzenie się niektórych komórek mózgowych.

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

Wyniki prac zostały szczegółowo opisane w artykule opublikowanym w magazynu Nature.