"Hudobná mapa" ukazuje, že niektoré mozgové bunky starnú rýchlejšie

Inžinieri z Kalifornskej univerzity v San Diegu zistili, že niektoré mozgové bunky starnú rýchlejšie ako iné a u ľudí s Alzheimerovou chorobou sú neúmerne hojné. Výskumníci tiež pozorovali rozdiely v procese starnutia určitých mozgových buniek v závislosti od pohlavia: Mozgová kôra žien má vyšší podiel „starých“ oligodendrocytov v porovnaní so „starými“ neurónmi v porovnaní s mozgovou kôrou mužov.

Tieto objavy umožnila nová technika s názvom MUSIC (mapovanie interakcií nukleových kyselín v jednotlivých bunkách), ktorá umožňuje výskumníkom nahliadnuť do jednotlivých mozgových buniek a mapovať interakcie medzi chromatínom – pevne stočenou formou DNA – a RNA. Táto technika umožňuje vizualizovať tieto interakcie na úrovni jednotlivých buniek a študovať, ako ovplyvňujú génovú expresiu.

„HUDBA je mocný nástroj, ktorý nám umožňuje získať hlbší vhľad do komplexných aspektov Alzheimerovej choroby,“ povedal vedúci autor štúdie Sheng Zhong, profesor na katedre bioinžinierstva Shu Chien-Gen Lai na Jacobs School of Engineering na Kalifornskej univerzite v San Diegu.

„Táto technológia má potenciál odhaliť nové molekulárne mechanizmy, ktoré sú základom patológie Alzheimerovej choroby, čo by mohlo pripraviť cestu pre cielenejšie terapeutické intervencie a lepšie výsledky pre pacientov.“

Ľudský mozog obsahuje komplexnú sieť buniek, ktoré komunikujú a interagujú zložitými spôsobmi. V každej z týchto buniek genetické komponenty vrátane chromatínu a RNA dynamicky interagujú a určujú kritické bunkové funkcie. Ako mozgové bunky rastú a starnú, tieto interakcie medzi chromatínom a RNA sa menia. A tieto komplexy sa môžu od bunky k bunke značne líšiť, najmä v zrelých bunkách. Rozlúštenie zložitosti týchto interakcií však zostáva výzvou.

Na záchranu prišla technika s názvom MUSIC, ktorá poskytuje pohľad do vnútorného fungovania jednotlivých mozgových buniek. Pomocou MUSIC Zhongov tím analyzoval vzorky mozgu po smrti, konkrétne tkanivo frontálneho kortexu človeka, od 14 darcov vo veku 59 rokov a starších, niektorí s Alzheimerovou chorobou a niektorí bez nej.

Zistili, že rôzne typy mozgových buniek vykazovali rôzne vzorce interakcií medzi chromatínom a RNA. Je zaujímavé, že bunky s menším počtom krátkych chromatínových interakcií mali tendenciu vykazovať známky starnutia a Alzheimerovej choroby.

„Použitím tejto transformačnej technológie na analýzu jednotlivých buniek sme zistili, že niektoré mozgové bunky sú staršie ako iné,“ povedal Zhong. Vysvetlil, že ľudia s Alzheimerovou chorobou mali vyšší počet týchto starších mozgových buniek ako zdraví ľudia.

Vedci sa domnievajú, že objav by mohol pomôcť pri vývoji nových liečebných postupov pre Alzheimerovu chorobu.

„Ak dokážeme identifikovať dysregulované gény v týchto starých bunkách a pochopiť ich funkcie v lokálnej štruktúre chromatínu, možno budeme schopní identifikovať aj nové potenciálne terapeutické ciele,“ povedal prvý autor štúdie Xingzhao Wen, doktorand bioinformatiky v Zhongovom laboratóriu.

Štúdia tiež zistila rozdiely medzi pohlaviami v starnutí mozgových buniek. V mozgovej kôre žien výskumníci zistili vyšší pomer starých oligodendrocytov k starým neurónom. Oligodendrocyty sú typom mozgových buniek, ktoré tvoria ochrannú vrstvu okolo neurónov. Vzhľadom na ich kľúčovú úlohu pri udržiavaní normálnej funkcie mozgu môže zvýšený počet starých oligodendrocytov zhoršiť kognitívny pokles.

„Neprimeraná prítomnosť senescentných oligodendrocytov v mozgovej kôre žien môže vrhnúť nové svetlo na zvýšené riziko neurodegeneratívnych a psychiatrických porúch pozorovaných u žien,“ povedal Wen.

Ďalším krokom pre výskumníkov bude ďalšia optimalizácia MUSIC tak, aby sa dal použiť na identifikáciu faktorov – ako sú regulačné gény a genetické obvody – ktoré sú zodpovedné za zrýchlené starnutie v určitých mozgových bunkách.

„Následne vyvinieme stratégie na potlačenie aktivity týchto génov alebo okruhov v nádeji, že spomalíme starnutie mozgu,“ povedal Zhong.

Výsledky práce sú podrobne opísané v článku publikovanom v časopise Nature.