„МУЗИКАЛНА карта“ показва, че някои мозъчни клетки остаряват по-бързо

Инженери от Калифорнийския университет в Сан Диего са открили, че някои мозъчни клетки остаряват по-бързо от други и са непропорционално изобилни при хора с болестта на Алцхаймер. В допълнение, изследователите наблюдават разлики в процеса на стареене на определени мозъчни клетки в зависимост от пола: в мозъчната кора на жените има по-висок дял на "стари" олигодендроцити в сравнение със "старите" неврони в сравнение с кората на мъжете. p>

Тези открития станаха възможни благодарение на нова техника, наречена MUSIC (картографиране на взаимодействията на нуклеинови киселини в единични клетки), която позволява на изследователите да погледнат вътре в отделните мозъчни клетки и да картографират взаимодействията между хроматина – плътно сгънатата форма на ДНК – и РНК. Тази техника ни позволява да визуализираме тези взаимодействия на ниво една клетка и да проучим как те влияят на генната експресия.

„МУЗИКАТА е мощен инструмент, който ни позволява да навлезем по-дълбоко в сложните аспекти на болестта на Алцхаймер,“ каза главният автор на изследването Шенг Жонг, професор по биоинженерство Шу Чиен. Джена Лай от Инженерното училище Джейкъбс към Калифорнийския университет в Сан Диего.

„Тази технология има потенциала да разкрие нови молекулярни механизми, лежащи в основата на патологията на болестта на Алцхаймер, което може 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 има динамично взаимодействие на генетични компоненти, включително хроматин и РНК, които определят основните клетъчни функции. С нарастването и стареенето на мозъчните клетки тези взаимодействия между хроматина и РНК се променят. И във всяка клетка тези комплекси могат да варират значително, особено в зрелите клетки. Разкриването на тънкостите на тези взаимодействия обаче остава предизвикателство.

Техниката MUSIC дойде на помощ, предоставяйки възможност да се вникне във вътрешното функциониране на отделните мозъчни клетки. Използвайки MUSIC, екипът на Zhong анализира следсмъртни мозъчни проби, по-специално човешка фронтална кортексна тъкан, получена от 14 донора на възраст 59 или повече години, някои с болестта на Алцхаймер и други без.

Те откриха, че различните видове мозъчни клетки проявяват различни модели на взаимодействие между хроматин и РНК. Интересното е, че клетките с по-малко къси хроматинови взаимодействия показват признаци на стареене и болестта на Алцхаймер.

„Използвайки тази трансформативна технология за анализиране на единични клетки, открихме, че някои мозъчни клетки са по-стари от други“, каза Zhong. Той обясни, че хората с болестта на Алцхаймер имат по-голям брой тези стари мозъчни клетки в сравнение със здравите хора.

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

„Ако можем да идентифицираме нерегулирани гени в тези стари клетки и да разберем техните функции в локалната структура на хроматина, можем също така да идентифицираме нови потенциални терапевтични цели“, каза първият автор на изследването Xingzhao Wen, докторант по биоинформатика в лабораторията на Zhong.

Проучването открива също полови различия в стареенето на мозъчните клетки. В мозъчната кора на жените изследователите откриха 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 нормална мозъчна функция, увеличеният брой стари олигодендроцити може да изостри когнитивния спад.

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

След това изследователите ще работят за допълнително оптимизиране на MUSIC, за да го използват 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 Zhong.

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