„Hudební mapa“ ukazuje, že některé mozkové buňky stárnou rychleji

Inženýři z Kalifornské univerzity v San Diegu zjistili, že některé mozkové buňky stárnou rychleji než jiné a že je jich u lidí s Alzheimerovou chorobou neúměrně velké množství. Kromě toho vědci pozorovali rozdíly v procesu stárnutí určitých mozkových buněk v závislosti na pohlaví: v mozkové kůře žen byl vyšší podíl „starých“ oligodendrocytů ve srovnání se „starými“ neurony ve srovnání s kůrou u mužů.

p>

Tyto objevy byly umožněny novou technikou nazvanou MUSIC (mapování interakcí nukleových kyselin v jednotlivých buňkách), která umožňuje výzkumníkům nahlédnout do jednotlivých mozkových buněk a mapovat interakce mezi chromatinem – pevně složenou formou DNA – a RNA.. Tato technika nám umožňuje vizualizovat tyto interakce na úrovni jedné buňky a studovat, jak ovlivňují genovou expresi.

„HUDBA je mocný nástroj, který nám umožňuje ponořit se hlouběji do složitých aspektů Alzheimerovy choroby,“ řekl hlavní autor studie Sheng Zhong, profesor bioinženýrství Shu Chien.. Gena Lai na Jacobs School of Engineering na University of California v San Diegu.

„Tato technologie má potenciál odhalit nové molekulární mechanismy, které jsou základem patologie Alzheimerovy choroby, což může připravit cestu pro cílenější terapeutické intervence a lepší výsledky u pacientů.“

Lidský mozek obsahuje složitou síť buněk, které komunikují a interagují složitými způsoby. V každé z těchto buněk dochází k dynamické interakci genetických složek, včetně chromatinu a RNA, které určují základní buněčné funkce. Jak mozkové buňky rostou a stárnou, tyto interakce mezi chromatinem a RNA se mění. A v každé buňce se tyto komplexy mohou velmi lišit, zejména ve zralých buňkách. Odhalit jemnosti těchto interakcí však zůstalo výzvou.

Na záchranu přišla technika MUSIC, která poskytuje příležitost nahlédnout do vnitřního fungování jednotlivých mozkových buněk. Pomocí MUSIC Zhongův tým analyzoval posmrtné vzorky mozku, konkrétně tkáň lidské frontální kůry, získané od 14 dárců ve věku 59 let nebo starších, někteří s Alzheimerovou chorobou a někteří bez ní.

Zjistili, že různé typy mozkových buněk vykazují různé vzorce interakce mezi chromatinem a RNA. Je zajímavé, že buňky s méně krátkými interakcemi chromatinu měly tendenci vykazovat známky stárnutí a Alzheimerovy choroby.

„Použitím této transformační technologie k analýze jednotlivých buněk jsme zjistili, že některé mozkové buňky jsou starší než jiné,“ řekl Zhong. Vysvětlil, že lidé s Alzheimerovou chorobou měli vyšší počet těchto starých mozkových buněk ve srovnání se zdravými lidmi.

Výzkumníci věří, že tento objev by mohl pomoci vyvinout nové způsoby léčby Alzheimerovy choroby.

„Pokud dokážeme identifikovat dysregulované geny v těchto starých buňkách a porozumíme jejich funkcím v místní chromatinové struktuře, můžeme také identifikovat nové potenciální terapeutické cíle,“ řekl první autor studie Xingzhao Wen, kandidát na PhD v bioinformatice v Zhongově laboratoři.

Studie také zjistila rozdíly mezi pohlavími ve stárnutí mozkových buněk. V mozkové kůře žen vědci zjistili vyšší poměr starých oligodendrocytů ke starým neuronům. Oligodendrocyty jsou typem mozkových buněk, které tvoří ochrannou vrstvu kolem neuronů. Vzhledem k jejich zásadní úloze při udržování normální mozkové funkce může zvýšený počet starých oligodendrocytů zhoršit kognitivní pokles.

"Nepřiměřená přítomnost starých oligodendrocytů v mozkové kůře žen může vrhnout nové světlo na zvýšené riziko neurodegenerativních a psychiatrických poruch pozorovaných u žen," řekl Wen.

Dále budou vědci pracovat na další optimalizaci HUDBY, aby ji mohli používat k identifikaci faktorů – jako jsou regulační geny a genetické obvody – které jsou zodpovědné za zrychlené stárnutí v určitých mozkových buňkách.

"Potom vyvineme strategie k potlačení aktivity těchto genů nebo okruhů v naději, že zpomalíme stárnutí mozku," řekl Zhong.

Výsledky práce jsou podrobně popsány v článku publikovaném v časopisu Nature.