"Zemljevid MUSIC" kaže, da se nekatere možganske celice starajo hitreje

Inženirji na Univerzi v Kaliforniji v San Diegu so odkrili, da se nekatere možganske celice starajo hitreje kot druge in da so nesorazmerno pogoste pri ljudeh z Alzheimerjevo boleznijo. Raziskovalci so opazili tudi razlike v procesu staranja določenih možganskih celic glede na spol: možganska skorja žensk ima večji delež "starih" oligodendrocitov v primerjavi s "starimi" nevroni v primerjavi s skorjo moških.

Ta odkritja so bila omogočena z novo tehniko, imenovano MUSIC (kartiranje interakcij nukleinskih kislin v posameznih celicah), ki raziskovalcem omogoča, da vpogledajo v posamezne možganske celice in preslikajo interakcije med kromatinom – tesno zvito obliko DNK – in RNK. Tehnika omogoča vizualizacijo teh interakcij na ravni posameznih celic in preučevanje, kako vplivajo na izražanje genov.

»GLASBA je močno orodje, ki nam omogoča globlji vpogled v kompleksne vidike Alzheimerjeve bolezni,« je dejal višji avtor študije Sheng Zhong, profesor na oddelku za bioinženiring Shu Chien-Gen Lai na inženirski šoli Jacobs na Univerzi v Kaliforniji v San Diegu.

"Ta tehnologija ima potencial, da odkrije nove molekularne mehanizme, ki so podlaga za patologijo Alzheimerjeve bolezni, kar bi lahko utrlo pot bolj ciljno usmerjenim terapevtskim posegom in izboljšanim rezultatom za bolnike."

Človeški možgani vsebujejo kompleksno mrežo celic, ki komunicirajo in medsebojno delujejo na kompleksne načine. Znotraj vsake od teh celic genetske komponente, vključno s kromatinom in RNA, dinamično medsebojno delujejo, da določijo ključne celične funkcije. Ko možganske celice rastejo in se starajo, se te interakcije med kromatinom in RNA spreminjajo. In ti kompleksi se lahko od celice do celice zelo razlikujejo, zlasti v zrelih celicah. Vendar pa razreševanje zapletenosti teh interakcij ostaja izziv.

Na pomoč je priskočila tehnika, imenovana MUSIC, ki ponuja vpogled v notranje delovanje posameznih možganskih celic. Z uporabo MUSIC je Zhongova ekipa analizirala vzorce možganov po smrti, natančneje tkivo frontalne skorje človeka, od 14 darovalcev, starih 59 let in več, nekateri z Alzheimerjevo boleznijo in nekateri brez nje.

Ugotovili so, da različne vrste možganskih celic kažejo različne vzorce interakcij med kromatinom in RNA. Zanimivo je, da so celice z manj kratkimi interakcijami kromatina kazale znake staranja in Alzheimerjeve bolezni.

»Z uporabo te transformativne tehnologije za analizo posameznih celic smo ugotovili, da so nekatere možganske celice starejše od drugih,« je dejal Zhong. Pojasnil je, da imajo ljudje z Alzheimerjevo boleznijo večje število teh starejših možganskih celic kot zdravi ljudje.

Raziskovalci verjamejo, da bi odkritje lahko pomagalo pri razvoju novih načinov zdravljenja Alzheimerjeve bolezni.

"Če lahko v teh starih celicah identificiramo disregulirane gene in razumemo njihove funkcije v lokalni strukturi kromatina, bomo morda lahko identificirali tudi nove potencialne terapevtske tarče," je dejal prvi avtor študije Xingzhao Wen, doktorski kandidat bioinformatike v Zhongovem laboratoriju.

Študija je odkrila tudi spolne razlike v staranju možganskih celic. V možganski skorji žensk so raziskovalci odkrili večje razmerje med starimi oligodendrociti in starimi nevroni. Oligodendrociti so vrsta možganskih celic, ki tvorijo zaščitno plast okoli nevronov. Glede na njihovo ključno vlogo pri ohranjanju normalnega delovanja možganov lahko povečano število starih oligodendrocitov poslabša kognitivni upad.

"Nesorazmerna prisotnost starajočih se oligodendrocitov v možganski skorji žensk bi lahko osvetlila povečano tveganje za nevrodegenerativne in psihiatrične motnje, ki jih opažamo pri ženskah," je dejal Wen.

Naslednji korak za raziskovalce bo nadaljnja optimizacija MUSIC-a, da ga bo mogoče uporabiti za prepoznavanje dejavnikov – kot so regulatorni geni in genetska vezja – ki so odgovorni za pospešeno staranje v določenih možganskih celicah.

"Nato bomo razvili strategije za zatiranje aktivnosti teh genov ali vezij, v upanju, da bomo upočasnili staranje možganov," je dejal Zhong.

Rezultati dela so podrobno opisani v članku, objavljenem v reviji Nature.