"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 u lidí s Alzheimerovou chorobou jsou neúměrně hojné. Vědci také pozorovali rozdíly v procesu stárnutí určitých mozkových buněk v závislosti na pohlaví: Mozková kůra žen má vyšší podíl „starých“ oligodendrocytů ve srovnání se „starými“ neurony ve srovnání s kůrou mužů.

Tyto objevy umožnila nová technika zvaná MUSIC (mapování interakcí nukleových kyselin v jednotlivých buňkách), která umožňuje vědcům nahlédnout do jednotlivých mozkových buněk a mapovat interakce mezi chromatinem – pevně stočenou formou DNA – a RNA. Tato technika umožňuje vizualizovat tyto interakce na úrovni jednotlivých buněk a studovat, jak ovlivňují genovou expresi.

„HUDBA je mocný nástroj, který nám umožňuje získat hlubší vhled do složitých aspektů Alzheimerovy choroby,“ řekl hlavní autor studie Sheng Zhong, profesor na katedře bioinženýrství Shu Chien-Gen Lai na Jacobs School of Engineering na Kalifornské univerzitě v San Diegu.

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

Lidský mozek obsahuje komplexní síť buněk, které komunikují a interagují složitými způsoby. V každé z těchto buněk genetické komponenty, včetně chromatinu a RNA, dynamicky interagují a určují kritické buněčné funkce. S růstem a stárnutím mozkových buněk se tyto interakce mezi chromatinem a RNA mění. A tyto komplexy se mohou buňka od buňky značně lišit, zejména ve zralých buňkách. Rozluštění složitosti těchto interakcí však zůstává výzvou.

Na pomoc přišla technika zvaná MUSIC, která poskytuje okno do vnitřního fungování jednotlivých mozkových buněk. Pomocí MUSIC Zhongův tým analyzoval vzorky mozku po smrti, konkrétně tkáň lidské frontální kůry, od 14 dárců ve věku 59 let a starších, někteří s Alzheimerovou chorobou a někteří bez ní.

Zjistili, že různé typy mozkových buněk vykazovaly odlišné vzorce interakcí mezi chromatinem a RNA. Je zajímavé, že buňky s menším počtem krátkých chromatinových interakcí 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 starších mozkových buněk než zdraví lidé.

Vědci se domnívají, že objev by mohl pomoci vyvinout nové způsoby léčby Alzheimerovy choroby.

„Pokud dokážeme identifikovat dysregulované geny v těchto starých buňkách a porozumět jejich funkcím v lokální struktuře chromatinu, můžeme být také schopni identifikovat nové potenciální terapeutické cíle,“ řekl první autor studie Xingzhao Wen, doktorand bioinformatiky 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 klíčové roli v udržování normální mozkové funkce může zvýšený počet starých oligodendrocytů zhoršit kognitivní pokles.

„Nepřiměřená přítomnost senescentních oligodendrocytů v mozkové kůře žen může vrhnout nové světlo na zvýšená rizika neurodegenerativních a psychiatrických poruch pozorovaných u žen,“ řekl Wen.

Dalším krokem pro výzkumníky bude další optimalizace technologie MUSIC tak, aby mohla být použita k identifikaci faktorů – jako jsou regulační geny a genetické obvody – které jsou zodpovědné za zrychlené stárnutí v určitých mozkových buňkách.

„Poté 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 časopise Nature.