"MUSIC karte" liecina, ka dažas smadzeņu šūnas noveco ātrāk

Kalifornijas Universitātes Sandjego inženieri ir atklājuši, ka dažas smadzeņu šūnas noveco ātrāk nekā citas, un tās ir nesamērīgi daudz cilvēkiem ar Alcheimera slimību. Pētnieki novēroja arī atšķirības noteiktu smadzeņu šūnu novecošanās procesā atkarībā no dzimuma: sieviešu smadzeņu garozā ir lielāka "veco" oligodendrocītu proporcija salīdzinājumā ar "vecajiem" neironiem, salīdzinot ar vīriešu garozu.

Šie atklājumi tika padarīti iespējami, pateicoties jaunai metodei, ko sauc par MUSIC (nukleīnskābju mijiedarbības kartēšana atsevišķās šūnās), kas ļauj pētniekiem ieskatīties atsevišķās smadzeņu šūnās un kartēt mijiedarbību starp hromatīnu — cieši savītu DNS formu — un RNS. Šī metode ļauj vizualizēt šo mijiedarbību atsevišķu šūnu līmenī un pētīt, kā tā ietekmē gēnu ekspresiju.

"MŪZIKA ir spēcīgs instruments, kas ļauj mums iegūt dziļāku ieskatu Alcheimera slimības sarežģītajos aspektos," sacīja vecākais pētījuma autors Šengs Džuns, profesors Šu Čian-Džena Lai bioinženierijas katedrā Džeikobsa Inženierzinātņu skolā Kalifornijas Universitātē Sandjego.

"Šai tehnoloģijai ir potenciāls atklāt jaunus molekulārus mehānismus, kas ir Alcheimera slimības patoloģijas pamatā, kas varētu pavērt ceļu mērķtiecīgākām terapeitiskām intervencēm un uzlabotiem rezultātiem pacientiem."

Cilvēka smadzenes satur sarežģītu šūnu tīklu, kas sazinās un mijiedarbojas sarežģītos veidos. Katrā no šīm šūnām ģenētiskie komponenti, tostarp hromatīns un RNS, dinamiski mijiedarbojas, lai noteiktu kritiskas šūnu funkcijas. Smadzeņu šūnām augot un novecojot, šī mijiedarbība starp hromatīnu un RNS mainās. Un šie kompleksi var ievērojami atšķirties no šūnas uz šūnu, īpaši nobriedušās šūnās. Tomēr šo mijiedarbību sarežģītības atšķetināšana joprojām ir izaicinājums.

Palīgā nāca tehnika, ko sauc par MUSIC, kas sniedz ieskatu atsevišķu smadzeņu šūnu iekšējā darbībā. Izmantojot MUSIC, Džuna komanda analizēja pēcnāves smadzeņu paraugus, īpaši cilvēka frontālās garozas audus, no 14 donoriem vecumā no 59 gadiem, dažiem ar Alcheimera slimību, bet dažiem bez tās.

Viņi atklāja, ka dažādiem smadzeņu šūnu veidiem bija atšķirīgi hromatīna un RNS mijiedarbības modeļi. Interesanti, ka šūnām ar mazāk īsām hromatīna mijiedarbībām bija tendence uzrādīt novecošanās un Alcheimera slimības pazīmes.

“Izmantojot šo transformējošo tehnoloģiju atsevišķu šūnu analīzei, mēs atklājām, ka dažas smadzeņu šūnas ir vecākas par citām,” sacīja Džuns. Viņš paskaidroja, ka cilvēkiem ar Alcheimera slimību ir lielāks šo vecāku smadzeņu šūnu skaits nekā veseliem cilvēkiem.

Pētnieki uzskata, ka atklājums varētu palīdzēt izstrādāt jaunas Alcheimera slimības ārstēšanas metodes.

"Ja mēs varam identificēt disregulētus gēnus šajās vecajās šūnās un izprast to funkcijas lokālajā hromatīna struktūrā, mēs, iespējams, varēsim arī identificēt jaunus potenciālos terapeitiskos mērķus," sacīja pētījuma pirmais autors Ksingao Vens, bioinformātikas doktorants Džuna laboratorijā.

Pētījumā tika atklātas arī dzimumu atšķirības smadzeņu šūnu novecošanā. Sieviešu smadzeņu garozā pētnieki atklāja lielāku veco oligodendrocītu un veco neironu attiecību. Oligodendrocīti ir smadzeņu šūnu veids, kas veido aizsargslāni ap neironiem. Ņemot vērā to kritisko lomu normālas smadzeņu darbības uzturēšanā, palielināts veco oligodendrocītu skaits var saasināt kognitīvo spēju pasliktināšanos.

"Neproporcionāli lielais novecojošo oligodendrocītu skaits sieviešu smadzeņu garozā var sniegt jaunu ieskatu paaugstinātajā neirodeģeneratīvo un psihisko traucējumu riskā, kas novērots sievietēm," sacīja Veņa.

Nākamais solis pētniekiem būs MUSIC tālāka optimizācija, lai to varētu izmantot tādu faktoru identificēšanai kā regulējošie gēni un ģenētiskās shēmas, kas ir atbildīgi par paātrinātu novecošanos noteiktās smadzeņu šūnās.

"Pēc tam mēs izstrādāsim stratēģijas, lai nomāktu šo gēnu vai shēmu aktivitāti, cerot palēnināt smadzeņu novecošanos," sacīja Džongs.

Darba rezultāti ir detalizēti aprakstīti rakstā, kas publicēts žurnālā Nature.