"Музикалната карта" показва, че някои мозъчни клетки стареят по-бързо

Инженери от Калифорнийския университет в Сан Диего са открили, че някои мозъчни клетки стареят по-бързо от други и те са непропорционално изобилни при хора с болестта на Алцхаймер. Изследователите също така са наблюдавали разлики в процеса на стареене на определени мозъчни клетки в зависимост от пола: Мозъчната кора на жените има по-висок дял на „стари“ олигодендроцити в сравнение със „стари“ неврони в сравнение с кората на мъжете.

Тези открития са възможни благодарение на нова техника, наречена MUSIC (картографиране на взаимодействията на нуклеинови киселини в отделни клетки), която позволява на изследователите да надникнат във вътрешността на отделните мозъчни клетки и да картографират взаимодействията между хроматина - плътно навитата форма на ДНК - и РНК. Техниката позволява визуализирането на тези взаимодействия на ниво отделни клетки и изучаването на това как те влияят на генната експресия.

„МУЗИКАТА е мощен инструмент, който ни позволява да получим по-задълбочен поглед върху сложните аспекти на болестта на Алцхаймер “, каза старшият автор на изследването Шен Жонг, професор в катедрата по биоинженерство „Шу Чиен-Ген Лай“ в Инженерното училище „Джейкъбс“ в Калифорнийския университет в Сан Диего.

„Тази технология има потенциала да разкрие нови молекулярни механизми, лежащи в основата на патологията на болестта на Алцхаймер, което би могло да проправи пътя за по-целенасочени терапевтични интервенции и подобрени резултати за пациентите.“

Човешкият мозък съдържа сложна мрежа от клетки, които комуникират и взаимодействат по сложни начини. Във всяка от тези клетки генетичните компоненти, включително хроматинът и РНК, взаимодействат динамично, за да определят критични клетъчни функции. С растежа и стареенето на мозъчните клетки тези взаимодействия между хроматина и РНК се променят. И тези комплекси могат да варират значително от клетка до клетка, особено в зрелите клетки. Разплитането на тънкостите на тези взаимодействия обаче остава предизвикателство.

На помощ дойде техника, наречена MUSIC, която предоставя прозорец към вътрешните механизми на отделните мозъчни клетки. Използвайки MUSIC, екипът на Zhong анализира мозъчни проби след смъртта, по-специално тъкан от фронтална кора на човек, от 14 донори на възраст 59 и повече години, някои с болестта на Алцхаймер, а други без.

Те открили, че различните видове мозъчни клетки показват различни модели на взаимодействие между хроматина и РНК. Интересното е, че клетките с по-малко кратки хроматинови взаимодействия са склонни да показват признаци на стареене и болест на Алцхаймер.

„Използвайки тази трансформативна технология за анализ на отделни клетки, открихме, че някои мозъчни клетки са по-стари от други“, каза Джонг. Той обясни, че хората с Алцхаймер имат по-голям брой от тези по-стари мозъчни клетки, отколкото здравите хора.

Изследователите смятат, че откритието може да помогне за разработването на нови лечения за болестта на Алцхаймер.

„Ако можем да идентифицираме дисрегулирани гени в тези стари клетки и да разберем техните функции в локалната структура на хроматина, може би ще можем да идентифицираме и нови потенциални терапевтични цели“, каза първият автор на изследването Синджао Уен, докторант по биоинформатика в лабораторията на Жонг.

Проучването също така открива полови разлики в начина, по който мозъчните клетки стареят. В мозъчната кора на жените изследователите откриват по-високо съотношение на стари олигодендроцити към стари неврони. Олигодендроцитите са вид мозъчни клетки, които образуват защитен слой около невроните. Като се има предвид критичната им роля за поддържане на нормалната мозъчна функция, увеличеният брой стари олигодендроцити може да изостри когнитивния спад.

„Непропорционалното наличие на стареещи олигодендроцити в мозъчната кора на жените може да хвърли нова светлина върху повишените рискове от невродегенеративни и психиатрични разстройства, наблюдавани при жените“, каза Уен.

Следващата стъпка за изследователите ще бъде по-нататъшното оптимизиране на MUSIC, така че да може да се използва за идентифициране на фактори – като регулаторни гени и генетични вериги – които са отговорни за ускореното стареене в определени мозъчни клетки.

„След това ще разработим стратегии за потискане на активността на тези гени или вериги, надявайки се да забавим стареенето на мозъка“, каза Джонг.

Резултатите от работата са описани подробно в статия, публикувана в списание Nature.